JPS6343021B2 - - Google Patents

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JPS6343021B2
JPS6343021B2 JP17617281A JP17617281A JPS6343021B2 JP S6343021 B2 JPS6343021 B2 JP S6343021B2 JP 17617281 A JP17617281 A JP 17617281A JP 17617281 A JP17617281 A JP 17617281A JP S6343021 B2 JPS6343021 B2 JP S6343021B2
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JP
Japan
Prior art keywords
antenna
satellite
data relay
satellites
multiple access
Prior art date
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Expired
Application number
JP17617281A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5877342A (en
Inventor
Kenichi Inamya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS6343021B2 publication Critical patent/JPS6343021B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/185Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/195Non-synchronous stations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はデータ中継衛星のマルチプルアクセ
ス方式に関するものである。このデータ中継衛星
(ここではTRACKING AND DATA RELAY
SAT ELLTE:以下TDRSと呼称する。)は静止
軌道上に打上げられ、地球局である制御局と
TDRSの間はフイーダリンク回線で結ばれ、制御
局からの指令により制御された宇宙局として
TDRSは機能を発揮する。TDRSの主要な機能は
静止軌道上において、地球を周回する他の人工衛
星(以下これをユーザ衛星と称する)との間に通
信回線を構成し、TDRSを経由して、制御局がユ
ーザ衛星との間でデータ通信を行うものである。
TDRSにはユーザ衛星との間の回線(以下衛星間
通信という)としてマルチプルアクセス(以下
MAという)、2種類のシングルアクセス(以下
SAという)の3種類の回線があり、MAの周波
数はSバンドでフオアード回線(TDRSからユー
ザ衛星への回線)はTDRSからのビーム方向を電
子的に制御し、ユーザ衛星とのデータ回線を維持
するようにし、リターン回線(ユーザ衛星から
TDRSへの回線)は多数のユーザ衛星からのデー
タを同時に受信できる様に電子的に処理する回線
であり、SAの周波数はSバンドとKバンドでフ
オアード回線とリターン回線共に機械的に制御し
たアンテナでユーザ衛星との間の高速データ伝送
を行う回線である。MAはもつぱらテレメトリの
受信、コマンドの送信、レンジ・アンド・レン
ジ・レート信号の送受信に使用される。TDRSの
MAは地表面からの高度1000Km程の衛星軌道の宇
宙空間を含む地表面上にあるユーザ衛星と回線が
構成できる様になつている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a multiple access system for data relay satellites. This data relay satellite (here TRACKING AND DATA RELAY)
SAT ELLTE: Hereinafter referred to as TDRS. ) is launched into a geostationary orbit, and is connected to a control station that is an earth station.
TDRS is connected by a feeder link line, and serves as a space station controlled by instructions from a control station.
TDRS works. The main function of TDRS is to configure a communication line between other artificial satellites orbiting the earth (hereinafter referred to as user satellites) in geostationary orbit, and the control station can communicate with user satellites via TDRS. It performs data communication between.
TDRS uses multiple access (hereinafter referred to as inter-satellite communication) as a line between user satellites (hereinafter referred to as inter-satellite communication).
MA), two types of single access (hereinafter referred to as MA), and two types of single access (hereinafter referred to as
There are three types of lines (called SA), and the frequency of MA is S band, and the forward line (line from TDRS to the user satellite) electronically controls the beam direction from TDRS and maintains the data line with the user satellite. and return line (from user satellite
The line to TDRS) is a line that electronically processes data from multiple user satellites so that it can receive it simultaneously, and the SA frequency is the S band and K band, and both the forward line and return line are mechanically controlled antennas. This line performs high-speed data transmission between user satellites and user satellites. The MA is used primarily to receive telemetry, send commands, and send and receive range and range rate signals. TDRS
MA is designed to be able to establish a link with user satellites on the earth's surface, including outer space, in satellite orbits at an altitude of about 1000 km above the earth's surface.

第1図は軌道上に於けるTDRSの配置および2
つのTDRSによる覆域を示し、以下にその動作原
理を簡単に示す。
Figure 1 shows the arrangement of TDRS in orbit and 2
The area covered by the two TDRSs is shown below, and the operating principle is briefly explained below.

第1図において、1はTDRS1で東経41度の静
止軌道上に静止する。2はTDRS2で西経171度の
静止軌道上に静止する。3は地球、4は周回衛星
である。TDRS1と2と地球3の接線を5,6,
7,8に示す。TDRS1と2のいずれからも直視
できない9の範囲はTDRSによる制御は不可能で
あるが、接線5,6,7,8で囲まれたユーザ衛
星の軌道および、1000Km程度の周囲軌道の地球周
辺の宇宙空間に於いて、TDRSによりユーザ衛星
の制御が可能である。MAは多数のアンテナ素子
より成るアレー・アンテナから構成され、その典
型的な地表面への照射パターンを第2図に示す。
MAアンテナのパターンの構成を以下に説明す
る。第2図において、10はデータ中継衛星から
みた地球の端である。データ中継衛星のアンテナ
素子を使用して地球上に11,12,13,14
の様なビームスポツトを作る。ビームスポツトの
位置、数、利得は素子アンテナの数、配列、電気
特性によつて定まる。MAアンテナのリターン回
線では、同時に別のスポツトから送信された場合
には受信側で両者の選別が可能であり、特に送信
する各々のチヤンネルに自己相関特性が著しく高
い直交符号(Orthogonal Code)である擬似ラ
ンダム符号(Psuedo Random Code)が割当ら
れた場合、各チヤンネルの識別は容易になる。
TDRSでは各ビームを形成するアンテナで受信さ
れた信号はアンテナ毎に伝送路を設け地球局に送
り、地球局では送信された方向にビームの尖頭値
が向く様に波形の合成を行うAGIPA(Adaptive
Ground Implemented Phased Array)システ
ムを使用している。この様に目標に応じて受信ビ
ームを可動する方式や、受信ビームをほぼ定まつ
たところに固定する方式があるが、いずれの場合
でもリターン回線はユーザ衛星のテレメトリ信号
の受信が主要な任務であるから、ユーザ衛星から
の信号を常時受信することが要求される。この目
的の為には多くの衛星からの信号を同時に受信
し、別々に出力される能力が要求され、前述の如
き方式が必要になる。
In Figure 1, 1 is stationary in a geostationary orbit at 41 degrees east longitude at TDRS1. 2 is TDRS2 and remains stationary in a geostationary orbit at 171 degrees west longitude. 3 is the earth, and 4 is an orbiting satellite. The tangents of TDRS1 and 2 and Earth 3 are 5, 6,
Shown in 7 and 8. Range 9, which cannot be seen directly from either TDRS 1 or 2, cannot be controlled by TDRS, but the orbit of the user satellite surrounded by tangents 5, 6, 7, and 8, and the area around the earth in a surrounding orbit of about 1000 km. In space, user satellites can be controlled by TDRS. The MA consists of an array antenna consisting of a large number of antenna elements, and its typical irradiation pattern on the ground surface is shown in Figure 2.
The configuration of the MA antenna pattern will be explained below. In FIG. 2, 10 is the edge of the earth as seen from the data relay satellite. 11, 12, 13, 14 on earth using antenna elements of data relay satellites.
Create a beam spot like this. The position, number, and gain of the beam spots are determined by the number, arrangement, and electrical characteristics of the element antennas. In the return line of the MA antenna, if the signals are transmitted from different spots at the same time, it is possible to distinguish between the two on the receiving side.In particular, each channel to be transmitted uses an orthogonal code that has extremely high autocorrelation characteristics. If a pseudo random code is assigned, each channel can be easily identified.
In TDRS, the signals received by the antennas that form each beam are sent to the earth station by establishing a transmission path for each antenna, and the earth station uses AGIPA (AGIPA), which combines the waveforms so that the peak value of the beam points in the direction in which it was transmitted. Adaptive
Ground Implemented Phased Array) system. In this way, there are methods that move the receiving beam depending on the target, and methods that fix the receiving beam at a more or less fixed location, but in either case, the main mission of the return line is to receive telemetry signals from user satellites. Therefore, it is required to constantly receive signals from user satellites. For this purpose, the ability to simultaneously receive signals from many satellites and output them separately is required, and the method described above is required.

MAアンテナのフオアード回線は主としてコマ
ンドの送信に使用されるのでユーザ衛星に伝送す
る時間は常時であることは要求されない。この為
送信ビームは一本でよく、そのビームが第2図の
スポツトビームの覆域と同じ領域を走査できる様
のしておけば十分である。多くのユーザ衛星に対
してコマンド送信が必要な時、MAアンテナ素子
に特定な位相を与えビームを走査する。この様に
して、データ中継衛星のリターンおよびフオアー
ド回線は一般に構成される。
Since the forward line of the MA antenna is mainly used for transmitting commands, it is not required to transmit commands to user satellites at all times. For this reason, only one transmission beam is required, and it is sufficient if the beam can scan the same area covered by the spot beam shown in FIG. When it is necessary to send commands to many user satellites, a specific phase is given to the MA antenna element and the beam is scanned. In this manner, the return and forward links of data relay satellites are generally configured.

この様な性能を持つデータ中継衛星で、静止衛
星の遷移軌道にあるユーザ衛星を制御しようとす
ると、第2図の様なスポツトビームだけでは覆域
が不足する。現在のアンテナの構成で覆域を拡大
する為には、位相合成により今以上にビームを電
気的に走査すればよいが、位相合成により第2図
の様なビームの覆域を持つアンテナで、第2図に
示されているビーム範囲以上にビームを走査した
場合、元のビーム範囲内にグレーデング・ローブ
の影響が発生し、不要な地域に電波を放射した
り、逆に不測な所から雑音を受けたりするので、
これを避るためにはアンテナ素子数を増加する必
要があり、この為にはデータ中継衛星の開口面の
拡大、重量の増大等の宇宙機器として望ましくな
い傾向に傾むく。従来のデータ中継衛星のMAシ
ステムを拡張して使用しようとすると、前述のよ
うな不具合が発生する。そこでこの発明は現在の
MAアンテナが衛星に取付られているところにジ
ンバル機構を取付け、MAアンテナが衛星本体に
対して機械的に可動になるようにし、アンテナの
電気的な走査機能と機械的可動機能とを組合せ、
MAアンテナの走査範囲を拡大したもので、その
詳細な説明を以下に図面にて行う。第3図はデー
タ中継衛星が地球方向を向いている面を示す図で
ある。図において、15はMAアンテナ、16は
衛星本体、17は太陽電池パネル、18はシング
ルアクセス用のアンテナ、19は制御地球局との
回線の為に使用されるフイーダアンテナである。
この衛星を側面よりみたところが第4図である。
第5図にこの発明にかかわるジンバル機構を含ん
だ衛星の構成を示す図で、視点は第4図と同じと
ころから衛星をみている。MAアンテナ15と衛
星本体16はジンバル機構20で結合されてい
る。第6図はジンバル機構を持つたマルチビーム
アンテナの部分を立体的に示した図である。MA
アンテナの回転方向を明示するため、MAアンテ
ナの中心部21より座標を定義する。22は座標
の中心、23は衛星が地球を指向する方向でヨー
軸、25はロール軸、24はピツチ軸である。
MAアンテナ15はジンバル可動部20により、
ロール軸方向及びピツチ軸方向に回転することが
できる。MAアンテナ15のアンテナエレメント
はその表面に取付けられる。アンテナエレメント
の入出力は給電線を経由してダイプレクサ及び送
受信機に接続されるがこれらをMAアンテナ15
の裏面に取付けることもできるし、また給電線ケ
ーブルをMAアンテナ15と衛星本体16の間に
わたし、ダイプレクサおよび送信機を衛星本体1
6に置くこともできる。第7図はジンバル駆動機
構により、MAアンテナ15をほぼ視野角分だけ
回転した時の様子を示す図で、第7図において、
26と27はデータ中継衛星1の拡大した視野を
示したものであり、28と29は2のデータ中継
衛星の拡大した視野角を示したものである。30
は静止衛星が遷移軌道を飛しようしているところ
を示している。31は遷移軌道である。この発明
によれば今までのデータ中継衛星が制御できるユ
ーザ衛星の範囲が低高度の周回衛星であつたもの
を、この発明に係るジンバル機構を供えたデータ
中継衛星ではMAアンテナを機械的に回転すると
ともに、電子的に走査する機能を組合せて行うこ
とによりユーザ衛星を制御できる範囲が大幅に拡
大できる。
If a data relay satellite with such performance is used to control a user satellite in a transition orbit of a geostationary satellite, the coverage will be insufficient with just a spot beam as shown in Figure 2. In order to expand the coverage area with the current antenna configuration, it is necessary to electrically scan the beam more than now using phase synthesis, but with an antenna that has a beam coverage area as shown in Figure 2 due to phase synthesis, If the beam is scanned beyond the beam range shown in Figure 2, the effect of grading lobes will occur within the original beam range, causing radio waves to be emitted to unnecessary areas or conversely from unexpected places. Because it receives noise,
In order to avoid this, it is necessary to increase the number of antenna elements, which tends to increase the aperture of the data relay satellite and increase its weight, which are undesirable trends for space equipment. If you try to expand and use the MA system of a conventional data relay satellite, the problems mentioned above will occur. Therefore, this invention
A gimbal mechanism is installed where the MA antenna is attached to the satellite, so that the MA antenna is mechanically movable relative to the satellite body, and the electrical scanning function and mechanical movable function of the antenna are combined,
This is an expanded version of the scanning range of the MA antenna, and a detailed explanation is provided below using the drawings. FIG. 3 is a diagram showing the side of the data relay satellite facing toward the earth. In the figure, 15 is an MA antenna, 16 is the satellite body, 17 is a solar panel, 18 is a single access antenna, and 19 is a feeder antenna used for a line with a control earth station.
Figure 4 shows this satellite viewed from the side.
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a satellite including the gimbal mechanism according to the present invention, and the satellite is viewed from the same viewpoint as FIG. 4. The MA antenna 15 and the satellite body 16 are coupled by a gimbal mechanism 20. FIG. 6 is a three-dimensional view of a multi-beam antenna with a gimbal mechanism. M.A.
In order to clearly indicate the direction of rotation of the antenna, coordinates are defined from the center 21 of the MA antenna. 22 is the center of coordinates, 23 is the yaw axis in the direction in which the satellite points toward the earth, 25 is the roll axis, and 24 is the pitch axis.
The MA antenna 15 is operated by the gimbal movable part 20.
It can rotate in the roll axis direction and pitch axis direction. The antenna element of MA antenna 15 is mounted on its surface. The input and output of the antenna element are connected to the diplexer and transmitter/receiver via the feed line, and these are connected to the MA antenna 15.
It is also possible to attach the diplexer and transmitter to the back side of the satellite body 1 by passing the feeder cable between the MA antenna 15 and the satellite body 16.
You can also set it to 6. FIG. 7 is a diagram showing the state when the MA antenna 15 is rotated by approximately the viewing angle by the gimbal drive mechanism.
26 and 27 show the enlarged field of view of data relay satellite 1, and 28 and 29 show the enlarged field of view of data relay satellite 2. 30
shows a geostationary satellite about to fly into a transition orbit. 31 is a transition orbit. According to this invention, the range of user satellites that can be controlled by conventional data relay satellites are low-altitude orbiting satellites, but in data relay satellites equipped with a gimbal mechanism according to this invention, the MA antenna can be mechanically rotated. At the same time, by combining this with an electronic scanning function, the range in which user satellites can be controlled can be greatly expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のTDRSの制御範囲を示す図、第
2図はマルチプルアクセスアンテナの地表面上の
ビームスポツトを示す図、第3図はデータ中継衛
星の1例を示す図、第4図もデータ中継衛星の1
例を示す図、第5図はデータ中継衛星にこの発明
に係るMAアンテナを取付けた状態を示す図、第
6図はデータ中継衛星にこの発明に係るMAアン
テナが取付けられるところを立体的に示す図、第
7図はこの発明に係るデータ中継衛星の制御範囲
を拡大したところを示す図である。 図中1はTDRS1、2はTDRS2、3は地球、4
は周回衛星、5,6,7,8は接線、9は不可視
域、10は地球の周端、11,12,13,14
はスポツトビーム、15はMAアンテナ、16は
衛星本体、17は太陽電池パネル、18はシング
ルアクセス・アンテナ、19はフイーダリンク用
アンテナ、20はジンバル駆動部、21はMAア
ンテナの中心部、22は座標の中心、23はヨー
軸、24はピツチ軸、25はロール軸、26,2
7,28,29は視野、30はトランスフア軌道
中のユーザ衛星、31は静止衛星の遷移軌道であ
る。なお図中同一あるいは相当部分には同一符号
を付して示してある。
Figure 1 shows the control range of the conventional TDRS, Figure 2 shows the beam spot on the ground surface of the multiple access antenna, Figure 3 shows an example of a data relay satellite, and Figure 4 also shows the control range of the conventional TDRS. Data relay satellite 1
Figure 5 is a diagram showing an example of how the MA antenna according to the present invention is attached to a data relay satellite, and Figure 6 is a three-dimensional diagram showing how the MA antenna according to the present invention is attached to a data relay satellite. 7 are diagrams showing an enlarged control range of the data relay satellite according to the present invention. In the diagram, 1 is TDRS1, 2 is TDRS2, 3 is Earth, 4
is the orbiting satellite, 5, 6, 7, 8 are tangents, 9 is the invisible area, 10 is the edge of the earth, 11, 12, 13, 14
is the spot beam, 15 is the MA antenna, 16 is the satellite body, 17 is the solar panel, 18 is the single access antenna, 19 is the feeder link antenna, 20 is the gimbal drive unit, 21 is the center of the MA antenna, 22 is the coordinates 23 is the yaw axis, 24 is the pitch axis, 25 is the roll axis, 26,2
7, 28, and 29 are fields of view, 30 is a user satellite in a transfer orbit, and 31 is a transition orbit of a geostationary satellite. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 静止軌道上において、制御地球局の制御信号
に応じて他の人工衛星と電波を用いて情報の伝送
を行うデータ中継衛星のマルチプルアクセス方式
において、マルチプル・アクセスアンテナと、こ
のマルチプルアクセスアンテナを2軸方向に可動
するジンバル機構とをデータ中継衛星本体に設
け、上記マルチプルアクセスアンテナにより合成
されるアンテナビームを電気的および機械的に動
かすことを特徴とするデータ中継衛星のマルチプ
ルアクセス方式。
1 In the multiple access system for data relay satellites that transmit information using radio waves with other artificial satellites in response to control signals from a control earth station in geostationary orbit, a multiple access antenna and this multiple access antenna are A multiple access system for a data relay satellite, characterized in that a gimbal mechanism movable in the axial direction is provided on the data relay satellite main body, and antenna beams synthesized by the multiple access antenna are moved electrically and mechanically.
JP17617281A 1981-11-02 1981-11-02 Multiple access system for data relay satellite Granted JPS5877342A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17617281A JPS5877342A (en) 1981-11-02 1981-11-02 Multiple access system for data relay satellite

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JPS5877342A JPS5877342A (en) 1983-05-10
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