WO2018142618A1 - スケジューラ装置およびスケジューリング方法 - Google Patents

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翔伍 津崎
元吉　克幸
重紀 谷
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Definitions

  • the present invention relates to a scheduler device and a scheduling method for determining a satellite that is directed to a ground station that communicates with a plurality of satellites.
  • the earth observation satellite which photographs the ground surface by SAR (Synthetic Aperture Radar) or optical lens is operated in addition to the communication satellite which communicates with the communication terminal on the earth.
  • SAR Synthetic Aperture Radar
  • the ground station can establish a feeder link with the orbiting satellites by following or tracking the orbiting satellites passing through the visible range.
  • the number of communication satellites that is, the orbiting satellites increases as the communication demand increases, there is a possibility that a plurality of orbiting satellites orbit the visible range of the ground station. Will be difficult. From the viewpoint of cost and construction location, it is not preferable to construct as many ground stations as the number of orbiting satellites in operation, and it is desired to efficiently track orbiting satellites with a small number of ground stations.
  • Patent Document 1 in a satellite communication system composed of a plurality of quasi-zenith satellites, the time required for switching the satellite to be tracked is derived from the coordinates of each satellite, and tracking is performed so that the downtime of the ground station is minimized.
  • a technique for selecting a satellite to perform is disclosed.
  • the ground station determines the next satellite to be tracked next, using only the angle of separation between the satellite being tracked and the tracking switching destination candidate satellite as an index. Therefore, if the operating satellite is an LEO (Low Earth Orbit) orbiting satellite with a longer rain orbit than the quasi-zenith satellite, the ground station throughput will not improve even if the tracking satellite is switched. There was a problem that there was a case.
  • LEO Low Earth Orbit
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a scheduler device capable of efficiently operating a ground station.
  • the scheduler device includes a second orbiting satellite that is the next orbiting satellite from the first orbiting satellite to which the ground station is currently directed.
  • the time required to switch to the second orbiting satellite candidate, which is a candidate orbiting satellite, the estimated future throughput between the ground station and the first orbiting satellite, and between the ground station and the second orbiting satellite candidate A second orbiting satellite and a calculation unit that determines a switching timing at which the ground station switches the pointing destination from the first orbiting satellite to the second orbiting satellite based on the assumed throughput in the future are provided.
  • the scheduler device includes an interface that transmits information on the second orbiting satellite determined by the calculation unit and switching timing.
  • the scheduler device according to the present invention has an effect that the ground station can be operated efficiently.
  • the figure which shows the example of the assumed throughput when the arithmetic unit of the scheduler device is derived and the ground station keeps pointing to the satellite which is currently pointing The figure which shows the example of the angle of departure between the satellite which is pointed at now and which is derived from the arithmetic unit of the scheduler device as seen from the ground station.
  • Schematic diagram showing how the calculation unit of the scheduler device derives the switching timing of the satellites to which the ground station points
  • the sequence diagram which shows the signal transmitted / received in the process which the scheduler apparatus determines the timing which switches the next pointing destination satellite of a ground station, and a pointing destination satellite The figure which shows the example in the case of comprising the processing circuit of a scheduler apparatus with CPU and memory
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a satellite system 700 configured by applying a scheduler device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the satellite system 700 includes a scheduler device 100, a control station 200, a ground station 300, and satellites 400-1 to 400-N.
  • N is a natural number of 2 or more.
  • Satellites 400-1 to 400-N are communication satellites that provide communication services, optical satellites that observe the earth, or artificial satellites such as SAR satellites.
  • the satellites 400-1 to 400-N are orbiting satellites that orbit the satellite orbits 500-1 and 500-2.
  • the satellite 400-1 irradiated with the beam 600 from the ground station 300 can transmit data to the ground station 300.
  • the satellites 400-1 to 400-N may be referred to as the satellite 400 when not distinguished from each other, and the satellite orbits 500-1 and 500-2 may be referred to as the satellite orbit 500 when not distinguished from each other.
  • the ground station 300, the control station 200, and the scheduler device 100 are separate devices, but may be realized by one device.
  • the configuration of the satellite system 700 illustrated in FIG. 1 is an example, and the number of satellites 400, the number of satellite orbits 500, and the number of ground stations 300 are not limited to the configuration illustrated in FIG.
  • the satellite system 700 may include a data relay satellite on a geostationary orbit, and the data relay satellite may relay a data signal transmitted from the satellite 400 and transmit the data signal to the ground station 300.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the scheduler device 100 according to the present embodiment.
  • the scheduler device 100 includes an interface 110 that transmits and receives information to and from the control station 200 that exists outside the scheduler device 100, a calculation unit 120 that determines the satellite 400 that the ground station 300 points to, and a storage unit 130 that stores information. .
  • the scheduler apparatus 100 determines the satellite 400 that the ground station 300 points to, that is, the satellite 400 with which the ground station 300 communicates.
  • the control station 200 controls the ground station 300 and the satellite 400.
  • the control station 200 transmits control information such as scheduling information output from the scheduler device 100 to the ground station 300 and the satellite 400.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the satellite 400-1 according to the present embodiment. Since the satellites 400-1 to 400-N have the same configuration, the satellite 400-1 will be described as an example.
  • the satellite 400-1 includes receiving antennas 401-1 to 401-4 that receive signals from the ground station 300 or a terminal on the ground (not shown), and a transmission antenna 402-1 that transmits signals to the ground station 300 or a terminal on the ground (not shown). , And a telemetry signal transmitting antenna 403 for transmitting a telemetry signal indicating the internal state of the satellite 400-1.
  • the satellite 400-1 also includes phase shifters 404-1 to 404-4 that adjust the phases of signals transmitted from the transmission antennas 402-1 to 402-4, reception antennas 401-1 to 401-4, and a transmission antenna 402. -1 to 402-4, a repeater 405 that relays a signal, and a telemetry signal generation unit 406 that generates a telemetry signal.
  • the satellite 400-1 also includes a buffer 407 that temporarily stores signals received by the receiving antennas 401-1 to 401-4, and a control unit 408 that controls the repeater 405 and the phase shifters 404-1 to 404-4. And comprising.
  • the receiving antennas 401-1 to 401-4 are not distinguished, they are referred to as the receiving antenna 401.
  • the transmitting antennas 402-1 to 402-4 are not distinguished, they are referred to as the transmitting antenna 402
  • the phase shifter 404-1. .., 404-4 may be referred to as phase shifter 404 when not distinguished.
  • the repeater 405 includes a filter, an amplifier, a duplexer, a switch, a multiplexer, and the like.
  • the repeater 405 may further include a modulator and a demodulator in addition to the above-described filter, and may be configured to enable regenerative relay.
  • the repeater 405 is an existing satellite-mounted repeater.
  • the buffer 407 is not an essential component.
  • the satellite 400-1 is a communication satellite and there is no need to store a signal received by the reception antenna 401
  • the satellite 400-1 is configured to directly connect the reception antenna 401 and the repeater 405. Also good.
  • the case where the satellite 400-1 includes the buffer 407 will be described as an example.
  • the space between the satellite 400 and the ground station 300 and the space between the satellite 400 and the data relay satellite may be an optical line, or may be configured to include both an optical line and a wireless line.
  • the configuration of each device varies depending on the form of the line between the devices, but in this embodiment, the form of the line between the devices is not particularly limited.
  • the transmission antenna 402 is a phased array antenna.
  • the satellite 400-1 can change the irradiation direction of the signal transmitted from the transmission antenna 402, that is, the phased array antenna, by controlling the phase of the signal transmitted from the transmission antenna 402 by the phase shifter 404.
  • Satellite 400-1 includes a normal antenna and a movable reflecting mirror instead of transmitting antenna 402, that is, phased array antenna and phase shifter 404, and transmits from the normal antenna by changing the direction of the reflecting mirror.
  • the structure which changes the irradiation direction of a signal may be sufficient.
  • the control unit 408 changes the irradiation direction of the signal to be transmitted by controlling the phase shifter 404 in accordance with a control signal transmitted from the ground station 300, for example, a control signal instructing the irradiation direction of the signal transmitted from the transmission antenna 402 or the like. To do.
  • the telemetry signal generation unit 406 generates, as internal information of the satellite 400-1, for example, data accumulation amount information indicating the amount of data accumulated in the buffer 407.
  • the telemetry signal generation unit 406 transmits the generated telemetry signal including the internal information of the satellite 400-1 from the telemetry signal transmission antenna 403 to the ground station 300.
  • the telemetry signal generation unit 406 may generate data type information indicating the type of data stored in the buffer 407 as internal information, and transmit the data type information included in the telemetry signal.
  • the telemetry signal generation unit 406 may transmit two pieces of information including the data accumulation amount and the data type included in the telemetry signal.
  • the scheduler device 100 transmits the data stored in the buffer 407 included in the telemetry signal transmitted from the satellite 400 and acquired via the ground station 300 and the control station 200, and the coordinate data of all the satellites 400 stored in the storage unit 130 in advance. , Etc., to determine the satellite 400 to which the ground station 300 points.
  • scheduler apparatus 100 is configured so that ground station 300 is directed to satellite 400 and ground station 300 is directed to satellite 400 so that the throughput of data received by ground station 300 from satellite 400 is maximized. Determine the timing for switching.
  • the scheduler apparatus 100 generates a control signal including a pointing destination satellite 400 of the ground station 300 and a switching timing at which the ground station 300 switches the pointing destination satellite 400, and transmits the control signal to the ground station 300.
  • the ground station 300 uses the control signal received by itself and transmits the control signal to the satellite 400.
  • the scheduler device 100 may not store the coordinate data of the satellite 400 in the storage unit 130 in advance.
  • the scheduler device 100 acquires the telemetry signal from the ground station 300 via the control station 200, and telemetry The coordinate data of the satellite 400 may be acquired from the signal.
  • the method by which the scheduler apparatus 100 obtains the coordinate data of the satellite 400 is not limited to these, and may be in an appropriate format according to the implementation.
  • control signal indicating the satellite 400 to which the ground station 300 points the control signal for controlling the phase shifter 404 of the satellite 400, the control signal for controlling the direction of the reflector of the satellite 400, and the like.
  • a suitable format may be selected according to the configuration of the satellite 400.
  • the scheduler device 100 determines the satellite 400 to be the next pointing destination when the ground station 300 switches the pointing destination satellite 400, and the ground station 300 determines the pointing destination satellite 400. It is a flowchart which shows an example of the process which determines the timing which switches. The flowchart illustrated in FIG. 4 is an example, and the scheduler device 100 may perform each process in a different order within a range in which an equivalent process result is obtained.
  • the arithmetic unit 120 first acquires the position information of the satellites 400-1 to 400-M stored in advance from the storage unit 130 (step S1001). As described above, the arithmetic unit 120 may acquire a telemetry signal from the ground station 300 and acquire position information of the satellites 400-1 to 400-M from the telemetry signal.
  • M is a natural number greater than or equal to 2 and less than or equal to N, in which the number of satellites 400 orbiting the visible range of the ground station 300 is M ⁇ 1 before the satellite 400-1 is out of the visible range in the ground station 300. It is.
  • the ground station 300 orbits the visible range of the ground station 300 until the satellite 400-1 is out of the visible range.
  • the satellites 400 are satellites 400-2 to 400-M.
  • Satellite 400-1 is the first orbiting satellite
  • satellites 400-2 to 400-M are the second orbiting satellite candidates
  • ground station 300 of satellites 400-2 to 400-M is satellite 400-1.
  • the pointing satellite 400 is set as the second orbiting satellite.
  • the ground station 300 receives the telemetry signal received from the satellites 400-1 to 400-M.
  • the arithmetic unit 120 acquires the data accumulation amount of the buffer 407 in the satellites 400-1 to 400-M from the ground station 300 (step S1002).
  • the calculation unit 120 acquires the rain attenuation amount at the ground station 300 (step S1003). There are various methods for the calculation unit 120 to acquire the rain attenuation amount.
  • the computing unit 120 derives the rain attenuation amount based on, for example, the rainfall information around the ground station 300 stored in advance in the storage unit 130 and the elevation angle of the ground station 300 that is directed to the satellite 400-1.
  • the rain attenuation amount may be derived from a pilot signal for notifying the rain condition transmitted from the satellite 400-1 to the ground station 300.
  • the arithmetic unit 120 can visually recognize the satellite 400-1 currently pointed at the ground station 300.
  • An assumed throughput is derived when the direction is continued until it is out of the range (step S1004).
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the assumed throughput when the ground station 300 continues to point to the satellite 400-1 to which the ground station 300 currently points, derived by the arithmetic unit 120 of the scheduler device 100 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates the size of throughput.
  • the period for deriving the assumed throughput when the ground station 300 continues to point to the satellite 400-1 in the arithmetic unit 120 is the time from the current time until the satellite 400-1 goes out of the visible range of the ground station 300.
  • the calculation unit 120 stores the derived estimated throughput in the storage unit 130.
  • the arithmetic unit 120 determines the timing for switching the pointing destination from the satellite 400-1 to which the ground station 300 is currently pointing to another satellite 400, here, the satellites 400-2 to 400-M. ).
  • Loop 1 is a process in which the arithmetic unit 120 repeats the number of satellites 400 that pass through the visible range of the ground station 300 before the satellite 400-1 moves out of the visible range of the ground station 300, in this case, M-1 times.
  • the calculation unit 120 selects one satellite 400-m from the satellites 400-2 to 400-M when starting the processing of the loop 1.
  • m is a natural number of 2 or more and M or less.
  • the computing unit 120 derives the angle between the satellite 400-1 viewed from the ground station 300 and the selected satellite 400-m (step S1005).
  • FIG. 6 shows an example of the angle of separation between the currently oriented satellite 400-1 and the selected satellite 400-m, as viewed from the ground station 300, derived by the arithmetic unit 120 of the scheduler apparatus 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the magnitude of the angle of separation between the satellite 400-1 and the satellite 400-m as viewed from the ground station 300.
  • the time when the angle of separation becomes the minimum means the time when the satellite 400-1 and the satellite 400-m are closest.
  • the time at which the angle of separation is minimized is the time at which the time required for switching the pointing destination is shortest when the ground station 300 changes the pointing destination from the satellite 400-1 to the satellite 400-m.
  • the calculation unit 120 stores the derived separation angle in the storage unit 130. Note that the calculation unit 120 may use the position information of the satellites 400-1 to 400-M stored in advance in the storage unit 130 when calculating the angle of departure, or the satellites 400-1 to 400- included in the telemetry signal. 400-M position information may be used.
  • the calculation unit 120 assumes that the ground station 300 points to the satellite 400-m based on the position information of the satellite 400-m, the elevation angle of the ground station 300 obtained from the position information, and the rain attenuation amount of the ground station 300. Throughput is derived (step S1006).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the assumed throughput when the ground station 300 points to the satellite 400-m selected by the arithmetic unit 120 of the scheduler device 100 according to the present embodiment.
  • the calculation unit 120 stores the derived estimated throughput in the storage unit 130. Note that since the ground station 300 is currently directed to the satellite 400-1, the ground station 300 cannot directly receive a pilot signal for notifying the rain condition from the satellite 400-m. Therefore, the calculation unit 120 determines the rain attenuation amount when the ground station 300 points to the satellite 400-m, the rain state included in the pilot signal received by the ground station 300 from the satellite 400-1, and the satellite 400-1. It may be obtained from the angle of separation with the satellite 400-m, or may be obtained from the rainfall information stored in advance in the storage unit 130 and the angle of separation between the satellite 400-1 and the satellite 400-m.
  • the calculation unit 120 calculates the assumed throughput when the ground station 300 derived in step S1004 continues to point to the satellite 400-1, the separation angle between the satellite 400-1 and the satellite 400-m derived in step S1005, and the step Based on the assumed throughput when the ground station 300 derived in S1006 points to the satellite 400-m, the timing for switching the destination satellite 400 that maximizes the throughput of the ground station 300 is derived (step S1007).
  • the calculation unit 120 derives the switching timing of the pointing destination satellite 400, for example, the time integral value of the assumed throughput when the ground station 300 derived in step S1004 continues to point to the satellite 400-1, and the switching timing derived in step S1006.
  • the arithmetic unit 120 when determining the switching timing at which the ground station 300 switches the pointing destination, the arithmetic unit 120 finally obtains the highest throughput in the ground station 300 after estimating the amount of data that the ground station 300 can receive. The timing is determined.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a method by which the calculation unit 120 of the scheduler device 100 according to the present embodiment derives the switching timing of the satellite to which the ground station 300 points.
  • the thick line portion indicates the throughput obtained by the ground station 300 from the satellite 400-1 and the satellite 400-m, and the time integral value of the thick line portion is received by the ground station 300 from the satellite 400-1 and the satellite 400-m.
  • the total data capacity is shown.
  • the time when the throughput of the ground station 300 is 0 in the bold line portion in FIG. 8 indicates that the time required for the ground station 300 to switch from the satellite 400-1 to the satellite 400-m.
  • the ground station 300 cannot receive data from either the satellite 400-1 or the satellite 400-m in the time required for switching.
  • the computing unit 120 derives the throughput time integral value for all possible switching timings altogether, and selects the timing at which the throughput time integral value is maximized from among them as the switching destination timing. It can be derived, but is not limited to this method. Note that the calculation unit 120 can determine the time required for switching based on the angle of departure derived in step S1005, that is, the position information of the satellite 400-1 and the satellite 400-m.
  • the calculation unit 120 selects the unselected satellite 400-m from the satellites 400-2 to 400-M.
  • the arithmetic unit 120 performs the process of loop 1 for all the candidates for the satellite 400 to which the ground station 300 is directed next, that is, the satellite 400-2 to the satellite 400-M.
  • the arithmetic unit 120 derives the switching timing at which the throughput of the ground station 300 is maximized for each of the satellites 400-2 to 400-M and the maximum throughput obtained when the pointing destination satellite 400 is switched at the switching timing. .
  • the arithmetic unit 120 obtains the candidates for the next destination satellite 400 obtained by the loop 1 processing, that is, the satellites 400-2 to 400-M. Based on the switching timing and the maximum throughput for each of the satellites 400-2 to 400-M, the ground station 300 determines the switching destination satellite 400 that switches the pointing destination from the satellite 400-1 (step S1008).
  • the calculation unit 120 determines the time required for the ground station 300 to switch from the satellite 400-1 to the satellites 400-2 to 400-M in the processing of loop 1 and step S1008.
  • the station 300 determines the switching timing for switching the pointing destination from the satellite 400-1 to the next pointing satellite 400.
  • the calculation unit 120 can determine the next pointing destination satellite 400 and the switching timing by various methods. For example, the arithmetic unit 120 may simply select the satellite 400 with the highest throughput and the switching timing to the satellite 400. In addition, based on the data accumulation amount of the buffer 407 for each satellite 400 acquired in step S1002, the calculation unit 120 may select the satellite 400 with the largest data accumulation amount as the next pointing destination satellite 400. The calculation unit 120 determines the satellite 400 to be directed in consideration of the data accumulation amount of the buffer 407 of each satellite 400. In addition, when the data type information is included in the telemetry signal and the priority is classified according to the data type, the arithmetic unit 120 relays data with high priority based on the data type. 400 may be selected as the next pointing destination satellite 400.
  • the calculation unit 120 determines the satellite 400 to be directed in consideration of the priority of data stored in the buffer 407 of each satellite 400.
  • the arithmetic unit 120 may select the satellite 400 to which the ground station 300 is directed next by using a plurality of elements of the above-described throughput size, data accumulation amount, and data type.
  • the computing unit 120 generates a control signal including the timing of switching to the next pointing destination satellite 400 and the next pointing destination satellite 400 of the ground station 300 selected in step S1008 (step S1009).
  • the control signal is a signal for instructing the irradiation angle of the satellite 400 and the ground station 300, for example.
  • the arithmetic unit 120 can generate the next pointing destination satellite 400 of the ground station 300 and the switching timing information in the form of control information that determines the direction of the beam directed by the satellite 400 and the ground station 300 for each time. .
  • the interface 110 transmits the control signal generated by the calculation unit 120 in step S1009 to the ground station 300 and the satellites 400-1 to 400-M (step S1010).
  • the interface 110 may transmit a control signal to the ground station 300 via the control station 200 through a ground line or the like. Further, the interface 110 may transmit the control signal for the satellite 400-1 via the ground station 300 that is directed to the satellite 400-1.
  • the interface 110 transmits a control signal for the satellites 400-2 to 400-M via the ground station when there is a ground station other than the ground station 300 that points to the satellites 400-2 to 400-M. Also good.
  • the satellite system 700 has a network configuration including a data relay satellite (not shown in FIG.
  • the interface 110 may transmit a control signal to the satellites 400-2 to 400-M via the data relay satellite.
  • the interface 110 can transmit control signals in various ways depending on the network configuration of the satellite system 700.
  • the processing of the calculation unit 120 is referred to as a calculation step, and the processing of the interface 110 is referred to as a transmission step.
  • FIG. 9 is a sequence diagram illustrating signals transmitted and received in the process in which the scheduler device 100 according to the first embodiment determines the timing for switching the next pointing destination satellite 400 and the pointing destination satellite 400 of the ground station 300. .
  • the processing of the flowchart shown in FIG. 4 can be executed by the scheduler device 100 according to the sequence diagram shown in FIG. 9, but is not limited to this.
  • the scheduler device 100 determines the next pointing destination satellite 400 of the ground station 300 and the switching timing immediately after acquiring the position information and the rain attenuation information, and generates a control signal.
  • the control signal may be generated by determining the satellite 400 that is the next pointing destination of the ground station 300 and the switching timing in a cycle.
  • the calculation unit 120 considers only one switching destination of the satellite 400 to which the ground station 300 is directed in the above-described processing, but is not limited thereto. In an environment where the amount of rain attenuation is small due to clear weather or the like, the calculation unit 120 considers the second or third switching destination of the satellite 400 to which the ground station 300 is directed, and takes the ground station 300 into account. The switching destination satellite 400 and switching timing may be determined so that the throughput is maximized.
  • the satellite system 700 may include a plurality of ground stations 300 as described above.
  • the calculation unit 120 calculates the rain attenuation amount at the plurality of ground stations 300 based on the rainfall state information included in the pilot signal received from the satellite 400.
  • the ground station 300 having a small amount of rainfall attenuation may be determined as the ground station 300 to which the data of the satellite 400 is transmitted. Thereby, when there are a plurality of ground stations 300, the satellite 400 can transmit data to the ground station 300 with a small amount of rainfall attenuation.
  • the interface 110 is realized by an interface circuit or the like.
  • the interface circuit is, for example, a network interface card.
  • the storage unit 130 is realized by a memory.
  • the arithmetic unit 120 is realized by a processing circuit. That is, the scheduler device 100 includes a processing circuit for determining the timing of switching the satellite 400 that is the next pointing destination of the ground station 300 and the satellite 400 that is the pointing destination.
  • the processing circuit may be a CPU (Central Processing Unit) and a memory that execute a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which the processing circuit of the scheduler device 100 according to the first embodiment is configured by a CPU and a memory.
  • the network interface card 91 implements the interface 110 described above.
  • each function of the processing circuit of the scheduler device 100 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software or firmware is described as a program and stored in the memory 93.
  • each function is realized by the CPU 92 reading and executing the program stored in the memory 93. That is, in the scheduler device 100, the processing circuit stores a program that will be executed as a result of determining the timing for switching the next pointing destination satellite 400 and the pointing destination satellite 400 of the ground station 300.
  • the memory 93 is provided. These programs can also be said to cause a computer to execute the procedure and method of the scheduler device 100.
  • the CPU 92 may be a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 93 is a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically EPROM), etc. Magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, DVDs (Digital Versatile Discs), etc. are applicable.
  • the memory 93 may be common with the memory that implements the storage unit 130.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which the treatment circuit of the scheduler device 100 according to the first embodiment is configured with dedicated hardware.
  • the processing circuit is dedicated hardware
  • the processing circuit 94 shown in FIG. 11 includes, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA ( Field Programmable Gate Array) or a combination of these.
  • Each function of the scheduler device 100 may be realized by the processing circuit 94 for each function, or each function may be realized by the processing circuit 94 collectively.
  • each function of the scheduler device 100 may be realized by dedicated hardware and a part may be realized by software or firmware.
  • the processing circuit can realize the above-described functions by dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • calculation unit 120 maximizes the throughput of ground station 300 based on the position information of satellite 400 and the amount of rainfall attenuation at ground station 300.
  • the next satellite 400 to which the ground station 300 is directed and the timing for switching the pointing destination to the next satellite 400 are determined.
  • the ground station 300 can be efficiently operated in the satellite system 700 composed of a plurality of orbiting satellites.
  • the ground station 300 can efficiently communicate with the satellite 400 to which it is directed.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

地上局が現在指向している周回衛星である第１の周回衛星から次に指向する周回衛星である第２の周回衛星の候補の周回衛星である第２の周回衛星候補への切り替えに要する時間、地上局と第１の周回衛星との間の将来の想定スループット、および地上局と第２の周回衛星候補との間の将来の想定スループットに基づいて、第２の周回衛星、および地上局が指向先を第１の周回衛星から第２の周回衛星に切り替える切り替えタイミングを決定する演算部（１２０）と、演算部（１２０）で決定された第２の周回衛星および切り替えタイミングの情報を送信するインターフェース（１１０）と、を備える。

Description

スケジューラ装置およびスケジューリング方法
　本発明は、複数の衛星と通信を行う地上局について指向する衛星を決定するスケジューラ装置およびスケジューリング方法に関する。
　地球周回軌道では、地球上の通信端末と通信を行う通信衛星の他、ＳＡＲ（Synthetic　Aperture　Radar）または光学レンズなどにより地表を撮影する地球観測衛星が運用されている。運用される周回衛星の機数が少ない場合、地上局は、可視範囲を通過する周回衛星を追従すなわちトラッキングし続けることで、周回衛星との間のフィーダリンクを確立できる。しかしながら、通信需要の増加に伴って通信衛星すなわち周回衛星の運用機数が増加した場合、地上局の可視範囲を複数の周回衛星が周回する可能性があり、前述のような地上局の運用方法は困難となる。コストおよび建設場所の観点から、周回衛星の運用機数分の地上局を建設することは好ましくなく、少ない地上局で効率的に周回衛星をトラッキングすることが望まれている。
　特許文献１には、複数の準天頂衛星から構成される衛星通信システムにおいて、各衛星の座標からトラッキングする衛星の切り替えに要する時間を導き、地上局の不稼働時間が最少となるように、トラッキングする衛星を選択する技術が開示されている。
特開２００４－１４０７２１号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、トラッキング中の衛星とトラッキング切り替え先候補の衛星との離角のみを指標として、地上局が次にトラッキングする衛星を決定している。そのため、運用中の衛星が、降雨減衰量が大きい低仰角を周回する時間が準天頂衛星より長いＬＥＯ（Low　Earth　Orbit）周回衛星の場合、トラッキングする衛星を切り替えても地上局のスループットが改善しない場合がある、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地上局を効率的に運用することが可能なスケジューラ装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、スケジューラ装置は、地上局が現在指向している周回衛星である第１の周回衛星から次に指向する周回衛星である第２の周回衛星の候補の周回衛星である第２の周回衛星候補への切り替えに要する時間、地上局と第１の周回衛星との間の将来の想定スループット、および地上局と第２の周回衛星候補との間の将来の想定スループットに基づいて、第２の周回衛星、および地上局が指向先を第１の周回衛星から第２の周回衛星に切り替える切り替えタイミングを決定する演算部を備える。また、スケジューラ装置は、演算部で決定された第２の周回衛星および切り替えタイミングの情報を送信するインターフェースと、を備えることを特徴とする。
　本発明にかかるスケジューラ装置は、地上局を効率的に運用することができる、という効果を奏する。
スケジューラ装置を適用して構成される衛星システムの例を示す模式図 スケジューラ装置の構成例を示すブロック図 衛星の構成例を示すブロック図 スケジューラ装置が、地上局が指向先の衛星を切り替える場合に次の指向先となる衛星を決定し、地上局が指向先の衛星を切り替えるタイミングを決定する処理の一例を示すフローチャート スケジューラ装置の演算部が導出した、地上局が現在指向している衛星を指向し続けた場合の想定スループットの例を示す図 スケジューラ装置の演算部が導出した、地上局から見た現在指向している衛星と選択した衛星との離角の例を示す図 スケジューラ装置の演算部が導出した、地上局が選択した衛星を指向した場合の想定スループットの例を示す図 スケジューラ装置の演算部が地上局の指向先の衛星の切り替えタイミングを導出する方法を示した模式図 スケジューラ装置が、地上局の次の指向先の衛星および指向先の衛星を切り替えるタイミングを決定する処理において送受信される信号を示すシーケンス図 スケジューラ装置の処理回路をＣＰＵおよびメモリで構成する場合の例を示す図 スケジューラ装置の処置回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかるスケジューラ装置およびスケジューリング方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態にかかるスケジューラ装置１００を適用して構成される衛星システム７００の例を示す模式図である。衛星システム７００は、スケジューラ装置１００と、制御局２００と、地上局３００と、衛星４００－１～４００－Ｎと、を備える。Ｎは２以上の自然数である。衛星４００－１～４００－Ｎは、通信サービスを提供する通信衛星、地球を観測する光学衛星、またはＳＡＲ衛星などの人工衛星である。また、衛星４００－１～４００－Ｎは、衛星軌道５００－１，５００－２のいずれかの軌道上を周回している周回衛星である。図１では、衛星４００－１～４００－Ｎのうち、地上局３００からビーム６００で照射された衛星４００－１が、地上局３００へデータを送信することができる。以降の説明において、衛星４００－１～４００－Ｎを区別しない場合は衛星４００と称し、衛星軌道５００－１，５００－２を区別しない場合は衛星軌道５００と称することがある。
　図１に示す衛星システム７００では、地上局３００、制御局２００、およびスケジューラ装置１００を別々の装置としているが一例であり、１つの装置で実現してもよい。図１に示す衛星システム７００の構成は一例であり、衛星４００の数、衛星軌道５００の数、および地上局３００の数については、図１に示す構成に限定されるものではない。衛星システム７００は、例えば、静止軌道上にデータ中継衛星を備え、データ中継衛星が衛星４００から送信されたデータ信号を中継して地上局３００へ送信する構成であってもよい。
　図２は、本実施の形態にかかるスケジューラ装置１００の構成例を示すブロック図である。スケジューラ装置１００は、スケジューラ装置１００の外部に存在する制御局２００と情報の送受信を行うインターフェース１１０と、地上局３００が指向する衛星４００を決定する演算部１２０と、情報を記憶する記憶部１３０と、を備える。スケジューラ装置１００は、衛星システム７００において、地上局３００の指向先の衛星４００、すなわち地上局３００が通信を行う衛星４００を決定する。
　制御局２００は、地上局３００および衛星４００の制御を行う。制御局２００は、スケジューラ装置１００が出力するスケジューリング情報などの制御情報を、地上局３００および衛星４００へ送信する。
　図３は、本実施の形態にかかる衛星４００－１の構成例を示すブロック図である。衛星４００－１～４００－Ｎは同様の構成のため、衛星４００－１を例にして説明する。衛星４００－１は、地上局３００または図示しない地表の端末から信号を受信する受信アンテナ４０１－１～４０１－４と、地上局３００または図示しない地表の端末へ信号を送信する送信アンテナ４０２－１～４０２－４と、衛星４００－１の内部状態を示すテレメトリ信号を送信するテレメトリ信号送信アンテナ４０３と、を備える。また、衛星４００－１は、送信アンテナ４０２－１～４０２－４から送信する信号の位相を調節する位相器４０４－１～４０４－４と、受信アンテナ４０１－１～４０１－４と送信アンテナ４０２－１～４０２－４との間で信号を中継する中継器４０５と、テレメトリ信号を生成するテレメトリ信号生成部４０６と、を備える。また、衛星４００－１は、受信アンテナ４０１－１～４０１－４で受信した信号を一時的に保存するバッファ４０７と、中継器４０５および位相器４０４－１～４０４－４を制御する制御部４０８と、を備える。以降の説明において、受信アンテナ４０１－１～４０１－４を区別しない場合は受信アンテナ４０１と称し、送信アンテナ４０２－１～４０２－４を区別しない場合は送信アンテナ４０２と称し、位相器４０４－１～４０４－４を区別しない場合は位相器４０４と称することがある。
　衛星４００－１において、中継器４０５は、フィルタ、アンプ、分波器、スイッチ、合波器などを備える構成である。中継器４０５は、前述のフィルタなどに加え、さらに変調器および復調器を備え、再生中継を可能にする構成であってもよい。中継器４０５は、既存の衛星搭載中継器である。また、衛星４００－１において、バッファ４０７は必須の構成ではない。例えば、衛星４００－１が通信衛星であって、受信アンテナ４０１で受信した信号を保存する必要が無い場合、衛星４００－１は、受信アンテナ４０１と中継器４０５とを直接接続する構成であってもよい。本実施の形態では、衛星４００－１がバッファ４０７を備える場合を例にして説明する。なお、衛星システム７００において、衛星４００と地上局３００との間、および衛星４００とデータ中継衛星との間は光回線でもよく、光回線および無線回線の両方を含む構成であってもよい。各装置の構成は各装置間の回線の形態によって変わってくるが、本実施の形態では、各装置間の回線の形態は特に限定されない。
　衛星４００－１において、送信アンテナ４０２はフェーズドアレイアンテナである。衛星４００－１は、位相器４０４が送信アンテナ４０２から送信する信号の位相を制御することで、送信アンテナ４０２すなわちフェーズドアレイアンテナから送信する信号の照射方向を変更することが可能である。なお、衛星４００－１は、送信アンテナ４０２すなわちフェーズドアレイアンテナおよび位相器４０４に代えて、通常のアンテナおよび可動式の反射鏡を備え、反射鏡の向きを変えることで通常のアンテナから送信される信号の照射方向を変更する構成であってもよい。
　制御部４０８は、地上局３００から送信される制御信号、例えば、送信アンテナ４０２から送信する信号の照射方向などを指示する制御信号に従って、位相器４０４を制御して送信する信号の照射方向を変更する。
　テレメトリ信号生成部４０６は、衛星４００－１の内部情報として、例えば、バッファ４０７に蓄積されているデータの量を示すデータ蓄積量の情報を生成する。テレメトリ信号生成部４０６は、生成した衛星４００－１の内部情報を含むテレメトリ信号を、テレメトリ信号送信アンテナ４０３から地上局３００へ送信する。なお、テレメトリ信号生成部４０６は、内部情報として、バッファ４０７に蓄積されているデータの種別を示すデータ種別の情報を生成し、データ種別の情報をテレメトリ信号に含めて送信してもよい。また、テレメトリ信号生成部４０６は、データ蓄積量およびデータ種別の２つの情報をテレメトリ信号に含めて送信してもよい。
　スケジューラ装置１００は、衛星４００から送信され、地上局３００および制御局２００経由で取得したテレメトリ信号に含まれるバッファ４０７のデータ蓄積量、あらかじめ記憶部１３０に保存されている全ての衛星４００の座標データ、などに基づいて、地上局３００が指向する衛星４００を決定する装置である。本実施の形態では、スケジューラ装置１００は、地上局３００が衛星４００から受信するデータのスループットが最大となるように、地上局３００の指向先の衛星４００、および地上局３００が指向先の衛星４００を切り替えるタイミングを決定する。スケジューラ装置１００は、地上局３００の指向先の衛星４００、および地上局３００が指向先の衛星４００を切り替える切り替えタイミングを含む制御信号を生成し、地上局３００へ送信する。地上局３００は、自局で受信した制御信号を使用するとともに、制御信号を衛星４００へ送信する。
　なお、スケジューラ装置１００は、衛星４００の座標データについては予め記憶部１３０に保存していなくてもよい。例えば、衛星４００がテレメトリ信号に自身の座標データを含んで定期的に地上局３００に送信している場合、スケジューラ装置１００は、制御局２００を介して地上局３００からテレメトリ信号を取得し、テレメトリ信号から衛星４００の座標データを取得してもよい。スケジューラ装置１００が衛星４００の座標データを得る方法については、これらに限定されるものではなく、実装に合わせて適切な形式とすればよい。
　また、地上局３００の指向先の衛星４００を示す制御信号の構成については、衛星４００の位相器４０４を制御するための制御信号、衛星４００の反射鏡の向きを制御するための制御信号などをふまえて、衛星４００の構成に応じて適切な形式とすればよい。
　つづいて、スケジューラ装置１００の動作について説明する。図４は、本実施の形態にかかるスケジューラ装置１００が、地上局３００が指向先の衛星４００を切り替える場合に次の指向先となる衛星４００を決定し、地上局３００が指向先の衛星４００を切り替えるタイミングを決定する処理の一例を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは一例であり、スケジューラ装置１００は、同等の処理結果が得られる範囲において異なる順序で各処理を行うようにしてもよい。
　スケジューラ装置１００において、まず、演算部１２０は、記憶部１３０から予め記憶されている衛星４００－１～４００－Ｍの位置情報を取得する（ステップＳ１００１）。演算部１２０は、前述のように、地上局３００からテレメトリ信号を取得し、テレメトリ信号から衛星４００－１～４００－Ｍの位置情報を取得してもよい。ここで、Ｍは、地上局３００において衛星４００－１が可視範囲から外れるまでの間に、地上局３００の可視範囲を周回する衛星４００の数がＭ－１となる、２以上Ｎ以下の自然数である。ここでは説明を簡単にするため、衛星システム７００が備える衛星４００－１～４００－Ｎのうち、地上局３００において衛星４００－１が可視範囲から外れるまでの間に地上局３００の可視範囲を周回する衛星４００は、衛星４００－２～４００－Ｍであるとする。なお、衛星４００－１を第１の周回衛星とし、衛星４００－２～４００－Ｍを第２の周回衛星候補とし、衛星４００－２～４００－Ｍのうち地上局３００が衛星４００－１の次に指向する衛星４００を第２の周回衛星とする。
　衛星４００が光学衛星またはＳＡＲ衛星などの観測衛星であって観測データを一時的に保存するバッファ４０７を有している場合、地上局３００は、衛星４００－１～４００－Ｍから受信したテレメトリ信号によって、衛星４００－１～４００－Ｍのバッファ４０７のデータ蓄積量の情報を保存している。演算部１２０は、地上局３００から、衛星４００－１～４００－Ｍにおけるバッファ４０７のデータ蓄積量を取得する（ステップＳ１００２）。
　演算部１２０は、地上局３００における降雨減衰量を取得する（ステップＳ１００３）。演算部１２０が降雨減衰量を取得する方法には様々な方法がある。演算部１２０は、例えば、予め記憶部１３０に保存されている地上局３００周辺の降雨量の情報と、衛星４００－１を指向している地上局３００の仰角とに基づいて降雨減衰量を導出してもよいし、衛星４００－１から地上局３００へ送信される降雨状態を通知するためのパイロット信号によって降雨減衰量を導出してもよい。
　演算部１２０は、ステップＳ１００１で取得した衛星４００－１の位置情報、およびステップＳ１００３で取得した地上局３００における降雨減衰量に基づいて、地上局３００において現在指向している衛星４００－１が可視範囲から外れるまで指向し続けた場合の想定スループットを導出する（ステップＳ１００４）。
　図５は、本実施の形態にかかるスケジューラ装置１００の演算部１２０が導出した、地上局３００が現在指向している衛星４００－１を指向し続けた場合の想定スループットの例を示す図である。図５において、横軸は時間を示し、縦軸はスループットの大きさを示す。演算部１２０において、地上局３００が衛星４００－１を指向し続けた場合の想定スループットを導出する期間は、現在時刻から、衛星４００－１が地上局３００の可視範囲から外れるまでの時刻とする。演算部１２０は、導出した想定スループットを記憶部１３０に保存する。
　演算部１２０は、地上局３００が現在指向している衛星４００－１から他の衛星４００、ここでは衛星４００－２～４００－Ｍのいずれかに指向先を切り替えるタイミングを決定するループ１（Ｌ１）の処理を行う。ループ１は、演算部１２０が、衛星４００－１が地上局３００の可視範囲から外れるまでに地上局３００の可視範囲を通過する衛星４００の数、ここではＭ－１回繰り返し行う処理である。
　演算部１２０は、ループ１の処理の開始にあたって、衛星４００－２～衛星４００－Ｍから１つの衛星４００－ｍを選択する。ｍは２以上Ｍ以下の自然数である。演算部１２０は、地上局３００から見た衛星４００－１と選択した衛星４００－ｍとの離角を導出する（ステップＳ１００５）。
　図６は、本実施の形態にかかるスケジューラ装置１００の演算部１２０が導出した、地上局３００から見た現在指向している衛星４００－１と選択した衛星４００－ｍとの離角の例を示す図である。図６において、横軸は時間を示し、縦軸は地上局３００から見た衛星４００－１と衛星４００－ｍとの離角の大きさを示す。図６において、離角が極小となる時刻は、衛星４００－１と衛星４００－ｍとが最接近する時刻であることを意味している。離角が極小となる時刻は、地上局３００が衛星４００－１から衛星４００－ｍに指向先を変える際、指向先の切り替えに要する時間が最短となる時刻となる。演算部１２０は、導出した離角を記憶部１３０に保存する。なお、演算部１２０は、離角を求める場合、予め記憶部１３０に保存されている衛星４００－１～４００－Ｍの位置情報を用いてもよいし、テレメトリ信号に含まれる衛星４００－１～４００－Ｍの位置情報を用いてもよい。
　演算部１２０は、衛星４００－ｍの位置情報、位置情報より得られる地上局３００の仰角、および地上局３００の降雨減衰量に基づいて、地上局３００において衛星４００－ｍを指向した場合の想定スループットを導出する（ステップＳ１００６）。
　図７は、本実施の形態にかかるスケジューラ装置１００の演算部１２０が導出した、地上局３００が選択した衛星４００－ｍを指向した場合の想定スループットの例を示す図である。演算部１２０は、導出した想定スループットを記憶部１３０に保存する。なお、現在地上局３００が指向しているのは衛星４００－１であるため、地上局３００は、衛星４００－ｍから直接降雨状態を通知するパイロット信号を受信することができない。そのため、演算部１２０は、地上局３００が衛星４００－ｍを指向した場合の降雨減衰量について、地上局３００が衛星４００－１から受信したパイロット信号に含まれる降雨状態、および衛星４００－１と衛星４００－ｍとの離角から求めてもよいし、予め記憶部１３０に保存されている降雨情報、および衛星４００－１と衛星４００－ｍとの離角から求めてもよい。
　演算部１２０は、ステップＳ１００４で導出した地上局３００が衛星４００－１を指向し続けた場合の想定スループット、ステップＳ１００５で導出した衛星４００－１と衛星４００－ｍとの離角、および、ステップＳ１００６で導出した地上局３００が衛星４００－ｍを指向した場合の想定スループットに基づいて、地上局３００のスループットが最大となる指向先の衛星４００を切り替えるタイミングを導出する（ステップＳ１００７）。演算部１２０は、指向先の衛星４００の切り替えタイミングについて、例えば、ステップＳ１００４で導出した地上局３００が衛星４００－１を指向し続けた場合の想定スループットの時間積分値、およびステップＳ１００６で導出した地上局３００が衛星４００－ｍを指向した場合の想定スループットの時間積分値の合計値が最大となるタイミングとする。このように、演算部１２０は、地上局３００が指向先を切り替える切り替えタイミングを決定する場合、最終的に地上局３００が受信可能なデータ量を見積もった上で、地上局３００においてスループットが最も得られるタイミングとする。
　図８は、本実施の形態にかかるスケジューラ装置１００の演算部１２０が地上局３００の指向先の衛星の切り替えタイミングを導出する方法を示した模式図である。図８において、太線部は地上局３００が衛星４００－１および衛星４００－ｍから得られるスループットを示し、太線部の時間積分値は地上局３００が衛星４００－１および衛星４００－ｍから受信するデータ容量の合計値を示している。また、図８の太線部において地上局３００のスループットが０となる時間は、地上局３００が衛星４００－１から衛星４００－ｍへの切り替えに要する時間であることを示している。地上局３００は、切り替えに要する時間では、衛星４００－１および衛星４００－ｍのいずれからもデータを受信することができない。演算部１２０は、例えば、考えられる全ての切り替えタイミングについてスループットの時間積分値を総当り的に導出し、その中からスループットの時間積分値が最大となるタイミングを選択して指向先の切り替えタイミングとして導出できるが、この方法に限定されるものではない。なお、演算部１２０は、切り替えに要する時間については、ステップＳ１００５で導出した離角、すなわち衛星４００－１および衛星４００－ｍの位置情報によって決定することができる。
　演算部１２０は、選択した衛星４００－ｍについてステップＳ１００５～ステップＳ１００７までの処理が終了すると、衛星４００－２～衛星４００－Ｍから未選択の衛星４００－ｍを選択する。演算部１２０は、地上局３００が次に指向する全ての衛星４００の候補、すなわち衛星４００－２～衛星４００－Ｍに対してループ１の処理を行う。演算部１２０は、衛星４００－２～衛星４００－Ｍ毎に、地上局３００のスループットが最大となる切り替えタイミング、および切り替えタイミングで指向先の衛星４００を切り替えた場合に得られる最大スループットを導出する。
　衛星４００－２～衛星４００－Ｍに対するループ１の処理が終了すると、演算部１２０は、ループ１の処理で得られた次の指向先の衛星４００の候補、すなわち衛星４００－２～４００－Ｍ毎の切り替えタイミングおよび最大スループットに基づいて、衛星４００－２～４００－Ｍの中から、地上局３００が衛星４００－１から指向先を切り替える切り替え先の衛星４００を決定する（ステップＳ１００８）。
　すなわち、演算部１２０は、ループ１およびステップＳ１００８の処理において、地上局３００が衛星４００－１から衛星４００－２～４００－Ｍへの切り替えに要する時間、地上局３００と衛星４００－１との間の将来の想定スループット、および地上局３００と衛星４００－２～４００－Ｍとの間の将来の想定スループットに基づいて、地上局３００が衛星４００－１の次に指向する衛星４００、および地上局３００が指向先を衛星４００－１から次に指向する衛星４００に切り替える切り替えタイミングを決定する。
　演算部１２０は、様々な方法によって、次の指向先の衛星４００および切り替えタイミングを決定することができる。演算部１２０は、例えば、単純に最もスループットが大きくなる衛星４００およびその衛星４００への切り替えタイミングを選択してもよい。また、演算部１２０は、ステップＳ１００２で取得した衛星４００毎のバッファ４０７のデータ蓄積量に基づいて、データ蓄積量が最大の衛星４００を次の指向先の衛星４００として選択してもよい。演算部１２０は、各衛星４００のバッファ４０７のデータ蓄積量を考慮した上で指向する衛星４００を決定する。また、演算部１２０は、テレメトリ信号にデータ種別の情報が含まれ、データ種別に応じて優先度がクラス分けされている場合、データ種別に基づいて、優先度の高いデータを中継している衛星４００を次の指向先の衛星４００として選択してもよい。演算部１２０は、各衛星４００のバッファ４０７に蓄積されているデータの優先度を考慮した上で指向する衛星４００を決定する。また、演算部１２０は、前述のスループットの大きさ、データ蓄積量、およびデータ種別の複数の要素を用いて、地上局３００が次に指向する衛星４００を選択してもよい。
　演算部１２０は、ステップＳ１００８で選択した地上局３００の次の指向先の衛星４００および次の指向先の衛星４００への切り替えタイミングを含む制御信号を生成する（ステップＳ１００９）。ここで、制御信号とは、例えば、衛星４００および地上局３００の照射角度などを指示する信号である。制御信号の形式は、衛星４００および地上局３００の構造によって様々な形式となる。演算部１２０は、地上局３００の次の指向先の衛星４００および切り替えタイミングの情報について、衛星４００および地上局３００が指向するビームの方向を時間ごとに定める制御情報の形式で生成することができる。
　そして、インターフェース１１０は、ステップＳ１００９において演算部１２０で生成された制御信号を、地上局３００および衛星４００－１～４００－Ｍへ送信する（ステップＳ１０１０）。インターフェース１１０は、地上局３００に対しては、地上回線などを通じて制御局２００経由で制御信号を送信すればよい。また、インターフェース１１０は、衛星４００－１に対する制御信号については、衛星４００－１を指向している地上局３００を介して送信してもよい。インターフェース１１０は、衛星４００－２～４００－Ｍに対する制御信号については、地上局３００以外で衛星４００－２～４００－Ｍを指向する地上局が存在する場合、その地上局を介して送信してもよい。また、衛星システム７００が図１において図示しないデータ中継衛星を含むネットワーク構成の場合、インターフェース１１０は、データ中継衛星を経由して衛星４００－２～衛星４００－Ｍに制御信号を送信すればよい。インターフェース１１０は、衛星システム７００のネットワーク構成に応じて様々な方法で制御信号を送信することができる。なお、図４のフローチャートにおいて、演算部１２０の部分の処理を演算ステップ、インターフェース１１０の部分の処理を送信ステップとする。
　図９は、実施の形態１にかかるスケジューラ装置１００が、地上局３００の次の指向先の衛星４００および指向先の衛星４００を切り替えるタイミングを決定する処理において送受信される信号を示すシーケンス図である。図４に示すフローチャートの処理は、図９に示すシーケンス図に沿ってスケジューラ装置１００が実行することが考えられるが、これに限定されるものではない。図９では、スケジューラ装置１００は、位置情報および降雨減衰情報を取得した直後に、地上局３００の次の指向先の衛星４００および切り替えタイミングを決定して制御信号を生成しているが、任意の周期で地上局３００の次の指向先の衛星４００および切り替えタイミングを決定して制御信号を生成してもよい。
　なお、演算部１２０は、上述した処理では地上局３００が指向する衛星４００の１つ先の切り替え先までしか考慮していないが、これに限定されるものではない。演算部１２０は、快晴などで降雨減衰量の時変動が少ない環境下の場合、地上局３００が指向する衛星４００の２つ先または３つ先の切り替え先までを考慮して、地上局３００のスループットが最大となるように、切り替え先の衛星４００および切り替えタイミングを決定してもよい。
　以上の説明では、地上局３００が１つの場合について説明したが、衛星システム７００としては、前述のように、複数の地上局３００を備えることも可能である。衛星システム７００が複数の地上局３００を含むネットワークの形態の場合、演算部１２０は、衛星４００から受信したパイロット信号に含まれる降雨状態の情報に基づいて、複数の地上局３００における降雨減衰量を導出し、衛星４００のデータの送信先の地上局３００として降雨減衰量の少ない地上局３００を決定してもよい。これにより、地上局３００が複数基ある場合、衛星４００は、降雨減衰量が少ない地上局３００へデータを送信することができる。
　つづいて、スケジューラ装置１００のハードウェア構成について説明する。スケジューラ装置１００において、インターフェース１１０はインターフェース回路などにより実現される。インターフェース回路は、例えば、ネットワークインターフェースカードである。記憶部１３０はメモリにより実現される。演算部１２０は処理回路により実現される。すなわち、スケジューラ装置１００は、地上局３００の次の指向先の衛星４００および指向先の衛星４００を切り替えるタイミングを決定するための処理回路を備える。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central　Processing　Unit）およびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　図１０は、実施の形態１にかかるスケジューラ装置１００の処理回路をＣＰＵおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。ネットワークインターフェースカード９１は、前述のインターフェース１１０を実現するものである。処理回路がＣＰＵ９２およびメモリ９３で構成される場合、スケジューラ装置１００の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９３に格納される。処理回路では、メモリ９３に記憶されたプログラムをＣＰＵ９２が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、スケジューラ装置１００において、処理回路は、地上局３００の次の指向先の衛星４００および指向先の衛星４００を切り替えるタイミングを決定することが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９３を備える。また、これらのプログラムは、スケジューラ装置１００の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、ＣＰＵ９２は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などであってもよい。また、メモリ９３とは、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。メモリ９３は、記憶部１３０を実現するメモリと共通であってよい。
　図１１は、実施の形態１にかかるスケジューラ装置１００の処置回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアである場合、図１１に示す処理回路９４は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。スケジューラ装置１００の各機能を機能別に処理回路９４で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９４で実現してもよい。
　なお、スケジューラ装置１００の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、スケジューラ装置１００では、演算部１２０が、衛星４００の位置情報および地上局３００における降雨減衰量に基づいて、地上局３００のスループットが最大になるよう、地上局３００が指向する次の衛星４００、および指向先を次の衛星４００に切り替えるタイミングを決定することとした。これにより、複数の周回衛星から構成される衛星システム７００において、地上局３００を効率的に運用することができる。地上局３００は、指向する衛星４００との間で効率的に通信を行うことができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１００　スケジューラ装置、１１０　インターフェース、１２０　演算部、１３０　記憶部、２００　制御局、３００　地上局、４００－１～４００－Ｎ　衛星、５００－１，５００－２　衛星軌道、６００　ビーム、７００　衛星システム。

Claims (13)

  1. 　地上局が現在指向している周回衛星である第１の周回衛星から次に指向する周回衛星である第２の周回衛星の候補の周回衛星である第２の周回衛星候補への切り替えに要する時間、前記地上局と前記第１の周回衛星との間の将来の想定スループット、および前記地上局と前記第２の周回衛星候補との間の将来の想定スループットに基づいて、前記第２の周回衛星、および前記地上局が指向先を前記第１の周回衛星から前記第２の周回衛星に切り替える切り替えタイミングを決定する演算部と、
    　前記演算部で決定された前記第２の周回衛星および前記切り替えタイミングの情報を送信するインターフェースと、
    　を備えることを特徴とするスケジューラ装置。
  2. 　前記演算部は、前記地上局と前記周回衛星との間の将来の想定スループットを、前記周回衛星の位置情報、および前記地上局における前記周回衛星毎の降雨減衰量に基づいて決定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のスケジューラ装置。
  3. 　前記演算部は、前記切り替えに要する時間を、前記第１の周回衛星の位置情報および前記第２の周回衛星候補の位置情報に基づいて決定する、
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載のスケジューラ装置。
  4. 　前記インターフェースは、前記第２の周回衛星および前記切り替えタイミングの情報を、前記周回衛星および前記地上局が指向するビームの方向を時間ごとに定める制御情報として送信する、
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のスケジューラ装置。
  5. 　さらに、降雨量の情報を保存する記憶部を備え、
    　前記演算部は、前記降雨量の情報および前記地上局の前記周回衛星に対する仰角に基づいて、前記地上局における前記周回衛星毎の前記降雨減衰量を導出する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載のスケジューラ装置。
  6. 　前記演算部は、前記地上局が前記第１の周回衛星から受信したパイロット信号に含まれる降雨状態の情報、および前記地上局の前記周回衛星に対する仰角に基づいて、前記地上局における前記周回衛星毎の降雨減衰量を導出する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載のスケジューラ装置。
  7. 　前記演算部は、前記地上局と前記第１の周回衛星との間の前記将来の想定スループットの時間積分値、および前記地上局と前記第２の周回衛星候補との間の前記将来の想定スループットの時間積分値に基づいて、前記切り替えタイミングを導出する、
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のスケジューラ装置。
  8. 　前記演算部は、前記地上局と前記第１の周回衛星との間の前記将来の想定スループットの時間積分値、および前記地上局と前記第２の周回衛星候補との間の前記将来の想定スループットの時間積分値の合計値が最大となるタイミングを、前記切り替えタイミングとして導出する、
    　ことを特徴とする請求項７に記載のスケジューラ装置。
  9. 　前記演算部は、前記第２の周回衛星候補が送信したテレメトリ信号に含まれる、前記第２の周回衛星候補のバッファに蓄積されているデータの量を示すデータ蓄積量に基づいて、前記第２の周回衛星を決定する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載のスケジューラ装置。
  10. 　前記演算部は、前記第２の周回衛星候補が送信したテレメトリ信号に含まれる、前記第２の周回衛星候補のバッファに蓄積されているデータの種別を示すデータ種別に基づいて、前記第２の周回衛星を決定する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載のスケジューラ装置。
  11. 　前記演算部は、前記地上局と前記第１の周回衛星との間の前記将来の想定スループットの時間積分値、および前記地上局と前記第２の周回衛星候補との間の前記将来の想定スループットの時間積分値の最大合計値を前記第２の周回衛星候補毎に導出し、前記最大合計値が最大となる前記第２の周回衛星候補を、前記第２の周回衛星として決定する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載のスケジューラ装置。
  12. 　複数の地上局を含むネットワークの形態において、
    　前記演算部は、前記周回衛星から受信したパイロット信号に含まれる降雨状態の情報に基づいて前記複数の地上局における降雨減衰量を導出し、前記周回衛星のデータの送信先の地上局として降雨減衰量の少ない地上局を決定する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載のスケジューラ装置。
  13. 　演算部が、
    　地上局が現在指向している周回衛星である第１の周回衛星から次に指向する周回衛星である第２の周回衛星の候補の周回衛星である第２の周回衛星候補への切り替えに要する時間、前記地上局と前記第１の周回衛星との間の将来の想定スループット、および前記地上局と前記第２の周回衛星候補との間の将来の想定スループットに基づいて、前記第２の周回衛星、および前記地上局が指向先を前記第１の周回衛星から前記第２の周回衛星に切り替える切り替えタイミングを決定する演算ステップと、
    　インターフェースが、前記演算ステップにおいて決定された前記第２の周回衛星および前記切り替えタイミングの情報を送信する送信ステップと、
    　を含むことを特徴とするスケジューリング方法。
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