JP3387197B2

JP3387197B2 - 人工衛星の通信装置

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Publication number: JP3387197B2
Application number: JP6607694A
Authority: JP
Inventors: 直幸名取
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1994-04-04
Publication date: 2003-03-17
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JPH07277299A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人工衛星に搭載する
通信装置に関するものであり、さらに詳しくは通信する
相手側との相対位置が移動する場合に通信する人工衛星
の通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の人工衛星の通信装置の構成
を示すものであり、図において、１は受信アンテナ、２
は受信回路部、３は受信ビームフォーミングネットワー
ク、４は受信中間周波数部、５はフィーダリンク部、６
はコントローラ、７は送信中間周波数部、８は送信ビー
ムフォーミングネットワーク、９は送信回路部、１０は
送信アンテナ部である。

【０００３】次に動作について説明する。静止衛星と地
球周回衛星との間の衛星間通信あるいは人工衛星と地上
の自動車等の移動体通信等においては、通信する相手と
の相対位置が移動するため、相対位置が移動しても通信
可能な装置が必要となる。そのため、広角度に通信ビー
ムを使用できるアレイアンテナを使用することがある。
受信する場合は、いくつかの素子アンテナから構成され
る受信アレイアンテナ１で相手からの通信波を受け、受
信回路部２で増幅及び復調を行う。受信回路部２で処理
された各素子アンテナの信号は送信する相手側の回線使
用状況等に応じて受信ビームフォーミングネットワーク
３により合成される。合成された信号は、受信中間周波
数部４により地上局への送信周波数帯の信号に変換さ
れ、フィーダリンク部５より地上局へ通信信号を送る。
コントローラ６は、地上からのコマンド信号に基づき、
上記合成の仕方を計算し合成のパターンを決め、受信ビ
ームフォーミングネットワーク３の構成を任意に選択
し、ユーザの利用状況、地域に応じた最適なアンテナの
ビームパターンを設定する。送信する場合は、受信の場
合と逆になり、フィーダリンク部５からの通信信号を送
信周波数帯の信号に送信中間周波数部７において変換
し、コントローラ６により計算した最適なアンテナ送信
ビームパターンとなるように送信ビームフォーミングネ
ットワーク８の構成を選択し、送信回路部９及び送信ア
レイアンテナ１０を経て送信信号を送出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の人工衛星の通信
装置は以上のように構成されているので、ユーザ側が移
動したりユーザ側の通信回路容量が変動した時に最適な
通信ビームを形成することができず、また、アンテナの
熱歪等による通信ビーム方向のずれの補正もできないた
め通信不能となること。さらに、通信ビームの指向角度
範囲も小さいためユーザとの通信範囲を広くとれないこ
と等の問題があった。

【０００５】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、ユーザ側の移動位置及びユー
ザ側の通信回路容量に応じて通信ビームを形成し、ま
た、アンテナの熱歪等による通信ビーム方向のずれを補
正することもできるとともに、通信ビームを広角に振る
ようにして通信範囲を広くすることができる人工衛星の
通信装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る人工衛星
の通信装置は、移動するユーザとの相対位置に応じて通
信ビーム方向を制御し、通信回線使用量の多い地域ある
いは時刻に通信回線容量を多く使えるように通信ビーム
を形成し、通信ビーム方向のずれの要因となるアンテナ
の熱歪及びタイマ誤差を補正又は少なくし、通信ビーム
のずれをアンテナを機械的に駆動することにより補正を
するとともにアンテナを機械的に駆動又はアンテナを傾
斜をつけて配置するものである。

【０００７】

【作用】この発明における人工衛星の通信装置は、通信
装置を搭載している通信装置と通信する相手側であるユ
ーザとの相対角度を時々刻々計算し、通信ビームをユー
ザ側に向け、この時に発生するタイマ誤差による通信ビ
ームのずれを姿勢センサと天体との幾何学的原理から補
正する。熱歪による通信ビームのずれは、熱歪と通信ビ
ームのずれとの関係を予測し、熱歪によるずれの分だけ
相殺するように通信ビームの方向を動かして補正する、
あるいは、アンテナの温度を測定し、その温度から通信
ビームの方向のずれを算出し補正する。また、ユーザの
地図あるいはユーザの位置のデータを保有し、通信回線
使用量の多い陸域あるいは都市部に対するアンテナビー
ム方位角を計算して、通信容量を多くとれるように通信
ビームを形成する。さらに、通信ビームをスキャンさせ
て通信回線使用状況を調べ、その状況に合わせて通信ビ
ームを形成する。

【０００８】この発明における人工衛星の通信装置は、
アンテナの通信ビーム方向を電気的に振る機能に加え、
機械的にアンテナの通信ビーム方向を振る機能を加える
ことにより通信ビームを広角に指向させることができる
とともに、アンテナビーム方向のずれを補正することが
できる。また、平面アンテナを分割し曲面になるように
配列することにより通信ビームを広角に指向させること
ができる。

【０００９】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例について説明す
る。図１において、１〜１０は図９に示す従来の装置と
同一又は相当するものである。１１はタイマ部、１２は
衛星軌道データ部、１３は衛星位置計算部、１４はユー
ザ位置データ部、１５はユーザ位置計算部、１６は相対
角度計算部である。

【００１０】衛星間通信及び移動体通信のように通信す
るユーザとの相対位置が変わるような場合には、相対角
度を予測してビームを予測角度方向に向けることにより
通信可能となる。相対角度の予測は、人工衛星の軌道デ
ータから計算した人工衛星の位置とユーザの位置により
計算することができる。通信装置を搭載している人工衛
星の位置は時々刻々変化するが、人工衛星搭載のクロッ
クを使用して時刻基準信号を生成するタイマ部１１の信
号及び衛星の軌道データを生成する衛星軌道データ部１
２の信号を利用し、時刻毎の衛星位置を衛星位置計算部
１３で計算する。ユーザ位置は、同様にして、ユーザ位
置データを生成するユーザ位置データ部１４とタイマ部
１１の信号を利用して上記衛星位置計算部１３の計算と
同期してユーザ位置を計算するユーザ位置計算部１５で
計算する。例えば、衛星間通信を行う場合は、ユーザ位
置データは通信する相手の衛星の軌道データであり、位
置の計算は上記軌道データから計算する。また、地上と
の移動体通信を行う場合は、地上の場所（緯度、経度）
をユーザ位置データとして、人工衛星の軌道の座標から
見た位置を変換することによって計算する。上記のよう
に、タイマ部１１の信号に同期させて人工衛星の軌道座
標系等の同じ座標系で表わした人工衛星の位置を衛星位
置計算部１３で計算し、ユーザ位置をユーザ位置計算部
１５で計算する。そして、上記２つの計算値を使用し
て、人工衛星とユーザとの間を相対方位角を相対角度計
算部１６で計算する。コントローラ６は相対角度計算部
１６の出力信号に基づいてユーザの方向に最適なビーム
が合成されるパターンを計算し、受信又は送信ビームフ
ォーミングネットワーク３又は８の構成を選択すること
によりユーザとの相対位置が変動してもユーザの方向に
通信ビームを指向させることができる。

【００１１】実施例２．また、上記実施例では、相対的
位置を計算して通信ビームパターンを合成する場合につ
いて説明したが、ユーザ側の回線使用状況を予測して通
信ビームパターンを合成しても良い。図２はその実施例
であり、図において、１〜１５は図１に示す実施例１の
装置と同一又は相当のものである。１７は衛星時刻処理
部、１８はユーザ時刻処理部、１９はビームパターン発
生部、２０はユーザ地図データ部、２１はユーザ位置処
理部、２２はビームスキャン計算部である。

【００１２】ユーザ側の回線使用状況は、地域及び時間
帯等により大きく変化する。従って、ユーザ側の回線使
用状況のパターンを地域の特徴及び時間帯の特徴に合わ
せて通信ビームを構成することによりユーザの使用状況
に合わせた通信が可能となる。特に、地球周回衛星を使
用した通信装置の場合は、通信可能となる範囲が時々刻
々変化すると共に、通信地域も軌道上の位置によって変
化する。例えば、地上での昼と夜とではユーザ側の回線
使用量は大きく変化する。従って、地上の昼と夜との時
刻を人工衛星の通信装置で計算し、その時刻に合わせて
通信ビームのパターンを生成することによりユーザの回
線使用状況に応じて通信ビームを構成することが可能と
なる。図２の実施例において、タイマ部１１の出力信号
を利用して人工衛星の時刻の基準となる衛星時刻を衛星
時刻処理部１７で計算し、必要に応じ地上時刻と合わせ
るためコマンドにより調整する。ユーザの時刻について
は、図１の実施例で説明したユーザ位置データ部１４及
びユーザ位置計算部１５にて計算したユーザ位置信号と
衛星軌道データ部１２及び衛星位置計算部１３にて計算
した衛星位置信号と、上記の衛星時刻処理１７で計算し
た衛星時刻信号によってユーザ時刻処理部１８にて計算
する。具体的には、地上時刻と合わせてある衛星時刻を
基準時刻にして、衛星位置と地球上のユーザ位置と太陽
との幾何学的関係よりユーザの時刻を計算する。そし
て、計算されたユーザ時刻信号を用いて、例えば、昼の
地域には夜の地域よりもユーザ数が多いので、通信回路
が昼の地域に多くなるようにビームパターン発生部１９
にて、地上時刻に応じて通信ビームを構成するようにコ
ントローラ６に信号を供給することにより、ユーザの時
刻に応じる通信ビームを構成することが可能となる。

【００１３】また、ユーザ側の回線使用量は地域によっ
ても大きく変わる。例えば、海域よりも陸域の方がユー
ザ数が多く、また、陸域の中でも都市部のユーザ数が多
い。従って、地上の地域に合わせて通信ビームのパター
ンを生成することによりユーザの回線使用状況に応じて
通信ビームを構成することが可能となる。図２の実施例
において、ビームパターン発生部１９にて特定の地域に
通信回線が多く取れるように通信ビームを構成するよう
にコントローラ６に信号を出力するようにすればよい。
そのためには、人工衛星の通信装置において、衛星の位
置と都市部等の特定の地域との相対方位角を衛星の位置
に応じて計算すればよい。複数の特定地域に対応するた
め、緯度及び経度で表現したユーザ地図をユーザ地図デ
ータ部２０で処理し、その出力信号と衛星軌道データ部
１２及び衛星位置計算部１３によって生成した衛星位置
信号と衛星時刻処理部１７によって生成した衛星時刻信
号を利用してユーザ位置処理部２１によって特定地域に
対する通信ビームの方位角を計算する。具体的には、衛
星時刻信号を基準として、衛星位置と特定地域との幾何
学的関係により衛星と個々の特定地域との方位ベクトル
を計算し、近接する特定地域に対しては合成ベクトルを
計算する等の処理を行う。ユーザ位置処理部２１の出力
信号を利用してビームパターン発生部１９にて特定地域
に回線が多くとれるように通信ビームを構成するように
コントローラ６に信号を供給することにより、都市部等
の地域に応じて通信ビームを構成することが可能とな
る。

【００１４】次に、ユーザの位置計算、衛星位置計算、
時刻処理計算等に誤差がありずれたとき、または、ユー
ザからの通信回線要求が時間又は地域によって固定せず
に変動する場合についてこの実施例の効果を説明する。
これらの要因に対応して通信ビームを適切に向けるに
は、現状の通信回線要求状況を調べ、その結果に基づ
き、ビームパターン発生部１９にて必要な通信ビームを
構成するようにコントローラ６に信号を供給すればよ
い。通信回線要求状況は、アンテナのカバレージ範囲又
はその一部を高ゲインの狭い通信ビームでスキャンし、
その時のスキャン場所毎の通信回線状況を調べることに
より判る。具体的には、ビームスキャン計算部２２にて
スキャンの方向、領域を計算し、その信号を利用してビ
ームパターン発生部１９にコントローラ６に通信ビーム
をスキャンするように信号を供給することにより通信ビ
ームのスキャンは可能となり、スキャンと同期して通信
回線量を地上でモニタすることにより通信回線状況を把
握することが可能である。

【００１５】実施例３．実施例２では、ユーザ位置計算
等の人工衛星の通信装置の計算誤差による通信ビームの
ずれを補正する方法について示したが、通信ビームのず
れが発生する要因として、タイマ部１１の時刻のずれ、
アンテナの熱歪がある。図３は、それらによる通信ビー
ムのずれを補正するための実施例であり、図において、
１〜１４は図１に示す実施例１の装置と同一又は相当の
ものであり、また、１９は図２に示す実施例２の装置と
同一又は相当のものである。２３は姿勢センサ、２４は
姿勢制御部、２５は関数発生部、２６，２７は温度測定
部、２８は温度信号処理部、２９は相対誤差検出部であ
る。

【００１６】図３の実施例は、タイマ部１１の時刻のず
れを人工衛星に搭載されている姿勢センサ２３を用いて
補正する例である。姿勢制御部２４は、人工衛星の本体
の姿勢を検出する姿勢センサ２３を基準として制御す
る。姿勢センサ２３は慣性空間での衛星と太陽、地球等
との相対的位置関係を検出するものであり、代表的なセ
ンサとして太陽センサがある。太陽センサの出力は、衛
星の軌道上の位置と太陽との方位角を検出するものであ
り、衛星の軌道と時刻とが与えられれば衛星と太陽との
方位角は一義的に決まるという原理を応用したものであ
る。つまり、太陽センサの出力がある角度を示した時
は、衛星はその角度に応じた軌道位置及び時刻に存在す
ることになる。これは、スターセンサ等の他のセンサを
用いても同じことがいえる。従って、姿勢センサ２３の
信号から衛星の軌道位置及び時刻を知ることができるこ
とになる。つまり、姿勢センサ２３の出力信号を利用し
て衛星位置計算部１３で衛星の位置を計算することがで
き、また、軌道同期毎に出力される姿勢センサ２３の信
号のある一定値を基準としてタイマ部１１の時刻を計算
するようにすれば軌道周期毎に新しい基準値が得られる
のでタイマ部１１の誤差が積算されずに軌道同期毎にリ
セットできるため、誤差を補正できる。

【００１７】次にアンテナ部の熱変形による誤差の補正
について説明する。軌道上の熱変形の量は、主として衛
星の位置に応じて変化する太陽の入射角等で決まる。従
って、ある一定期間内では、受信アンテナ１及び送信ア
ンテナ１０の熱変形による誤差は、軌道周期を周期とし
てほぼ同じパターンで発生する。この発明の実施例で
は、熱変形等により発生する軌道周期毎の誤差のパター
ンを関数発生部２５で誤差補正信号として発生させ、そ
の信号を利用してビームパターン発生部１９にて通信ビ
ーム方向を補正する信号パターンをコントローラ６に供
給することにより誤差補正をするものである。関数発生
部２５で発生するパターンは、衛星毎に異なるが、近似
的には正弦波で良い。より精度良く補正する場合は、例
えばフーリエ級数の高次式まで発生させることで実現で
きる。発生するパターンのパラメータは、受信アンテナ
１及び送信アンテナ１０の温度状態を地上でモニター
し、地上よりコマンドで振幅、位相等のデータを関数発
生部２５に供給することにより設定することができる。
また、受信アンテナ１及び送信アンテナ１０の温度を直
接的に受信アンテナ１及び送信アンテナ１０に取り付け
た温度測定部１２６及び温度測定部２２７により測
定し、それらの出力信号を温度信号処理部２８で処理し
て温度変動のパターンを検知し、振幅等のパターンのパ
ラメータを関数発生部２５に供給することによっても誤
差補正が可能であり、この場合、受信アンテナ１及び送
信アンテナ１０の温度状態に応じて自動的に誤差補正が
可能となる。また、関数発生部２５あるいは衛星位置計
算部１３の出力信号に長時間の計算による計算誤差が蓄
積され通信ビームパターンのずれが生じてきた場合、特
定の時刻でのユーザ位置を基準として上記のずれを補正
することも可能である。具体的には、タイマ部１１の出
力信号を利用してある特定の時刻で、ビームパターンの
指向方向を指示する信号であるビームパターン発生部１
９の出力信号とユーザの軌道要素あるいは緯度及び経度
等のデータを保有するユーザ位置データ部１４の出力信
号とを比較し、ビームパターン発生部１９の出力信号の
誤差を相対誤差検出部２９にて検出し、その検出信号に
基づいて関数発生部２５にて検出された誤差を打ち消す
ようにビームパターン発生部１９に信号を供給すること
により実現できる。

【００１８】実施例４．実施例２及び３では、電気的な
処理による通信ビームのずれを補正する方法について示
したが、機械的に通信ビームのずれを補正することも可
能であり、また、広角に通信ビームを振ることが通信可
能方向の範囲を広げることが可能である。図４はその実
施例であり、図において、１〜１０は図１の実施例１と
１９は図２の実施例２と同一又は相当のものである。３
０，３１はアンテナ駆動機構、３２はアンテナ駆動機構
である。

【００１９】機械的に通信ビームのずれを補正するため
には、受信アンテナ１及び送信アンテナ１０を通信ビー
ムのずれに相当する角度を機械的に振ることができれば
よい。図４の実施例は、受信アンテナ１及び送信アンテ
ナ１０に機械的に直結され、モータ等で機械的駆動が可
能なアンテナ駆動機構１３０およびアンテナ駆動機構
２３１により通信ビームを機械的に振るように構成し
た例である。地上で通信ビームのずれの状態をモニター
し、地上からのコマンドにより、通信ビームのずれに相
当する機械的角度をアンテナ駆動回路３１にデータを供
給する。アンテナ駆動回路３２では、その信号を受け、
その角度だけ駆動する駆動信号をアンテナ駆動機構１
３０及びアンテナ駆動機構２３１に供給する。アンテ
ナ駆動機構１３０及びアンテナ駆動機構２３１は、
それらの駆動信号により受信アンテナ１及び送信アンテ
ナ１０を通信ビームのずれに相当する角度分だけ機械的
に動かすことができる。また、通信ビームのずれが実施
例２及び３で示したように人工衛星の通信装置内で検出
できる場合は、通信ビームのずれに相当する角度の情報
を保有する誤差信号によりビームパターン発生部１９に
て、通信ビームのずれを補正するように通信ビームを構
成するように通信ビームの方位角を計算する。その信号
をアンテナ駆動回路３２で受け、上記と同様に、アンテ
ナ駆動機構１３０及びアンテナ駆動機構２３１に駆動
信号を供給することにより、受信アンテナ１及び送信ア
ンテナ１０を通信ビームのずれに相当する角度分だけ機
械的に動かすことができ、この場合、自動的に通信ビー
ムのずれを機械的に補正することが可能となる。また、
ビームパターン発生部１９にて電気的に通信ビームを振
ることも可能であるが、上記のように機械的にアンテナ
を動かすことができるため、電気的に動かすことが可能
な領域よりも更に広角度に通信ビームを振ることが可能
となる。この場合、地上からのコマンド等により、アン
テナ駆動回路３２に機械的に振りたい角度に相当する駆
動指令信号を供給することにより、平面アンテナの垂直
軸を動かし、通信ビームの方向を変える。

【００２０】実施例５．次に、人工衛星に通信装置を搭
載し、衛星に取付ける場合の実施例について示す。図５
は、通信装置を衛星に取付ける場合の一般的な例を示す
図であり、図６はこの発明の一実施例である。図におい
て、３３は衛星の構体、３４は通信装置の衛星取付け
部、３５〜４３は各々ａ，ｂ，ｃ，ｄの４つの素子から
構成される送受信アンテナ部、４４は送受信回路部、４
５は通信装置の框体である。

【００２１】図５に示すように、一般的に通信装置は、
衛星の構体３３に通信装置の衛星取付け部３４にて取付
けられる。送受信アンテナ部３５〜４３と送受信回路部
４４を収納する框体４５は衛星の構体３３の外部に出た
構成となる。この場合、框体４５は、宇宙空間にさらさ
れることになるため、太陽光を直接受ける等により温度
変動が大きくなり、温度変動によるビーム方向のずれが
生じる。また、衛星の構体３３と通信装置を含めた全体
の高さが増加し、他のアンテナの搭載性を損う等の問題
が生じる。図６に示すこの発明の一実施例では、図５に
示す従来の一般的例で生じる問題を解決することができ
る。

【００２２】図６の実施例では、図５の例では構成要素
の一つであった送受信アンテナ部３５〜４３と送受信回
路部４４を収納する框体４５は構成要素から削除してお
り、送受信アンテナ部３５〜４３と送受信回路部４４
は、衛星取付け部３４により固定し衛星の構体３３の内
部に収納した構成とし衛星取付部３４により衛星の構体
３３に取付ける。従って、通信装置のほとんどの部分が
衛星の構体３３の内部に収納されるため、太陽光を直接
受ける部分が少なくなる等の図５の例に較べて温度変動
が小さくなり、また、衛星の構体３３と通信装置を含め
た全体の高さが低くなり、図５の例で生じる問題を解決
できることが判る。

【００２３】実施例６．図５及び図６の例に示す構成の
場合、送受信アンテナ部３５〜４３が平面アンテナであ
ることから、送受信アンテナ３５〜４３と垂直な方向に
最も電力の大きい通信ビームが形成され、垂直な方向か
ら角度がずれにしたがい通信ビームの電力が小さくな
る。従って、通信する相手側が移動体で送受信アンテナ
部３５〜４３による通信ビームを横切るような場合に
は、送受信アンテナ部３５〜４３と垂直な方向からずれ
た角度では通信が不能となり、通信できる領域が狭まく
なる。図７に示すこの発明の一実施例では、上記の問題
を解決することができる。図において、３６，３８，３
９，４０，４２は図６に示す実施例５の装置と同一又は
相当のものである。送受信アンテナ部３９を中心とし
て、送受信アンテナ部３８と送受信アンテナ部４０を図
７の横方向、送受信アンテナ部３６と送受信アンテナ部
４２を図７の縦方向に凸面状になるように傾きを持たせ
た構成としている。このような構成にすることにより、
移動体である通信する相手側が、例えば図７の縦方向に
動く場合、送受信アンテナ部３６，３９及び４２を順番
に移動体の動きに合わせて切換えることにより、送受信
アンテナ部３６，３９及び４２の垂直な方向で相手側と
の通信が可能となり、通信できる領域が広くなる。

【００２４】実施例７．図７の実施例では、送受信アン
テナ部３５〜４３を凸面状になるように構成したが、凹
面状になるように構成しても同様の効果を持たせること
が可能である。図８はその場合の一実施例であり、図に
おいて、３６，３８，３９，４０，４２は図６に示す実
施例５の装置と同一又は相当のものである。実施例６と
同様に、送受信アンテナ部３９を中心として、送受信ア
ンテナ部３８と送受信アンテナ部４０を図８の横方向、
送受信アンテナ部３６と送受信アンテナ部４２を図８の
縦方向に凹面状になるように傾きを持たせる構成とし、
移動体である通信する相手側が、例えば図８の縦方向に
動く場合、送受信アンテナ部４２を最初にして送受信ア
ンテナ部３９，３６という順番に移動体の動きに合わせ
て切換えることにより実施例６と同じ効果を得ることが
できる。実施例６と実施例７とは基本的に同じ原理であ
るが、人工衛星へ通信装置を搭載する領域、場所、他の
障害物の有無等の制約を考慮して適切な方を選択するこ
とになる。

【００２５】実施例８．上記実施例では、人工衛星搭載
の通信装置内で多くの機能を実施するようにしたが、例
えば、図１の衛星軌道データ部、ユーザ位置データ部、
図２のユーザ地図データ部、図３の関数発生部等の一部
の機能を地上局に設けること等においても同様の効果が
期待できる。

【００２６】実施例９．実施例１では図１の構成で、実
施例２では図２の構成で、実施例３では図３の構成で、
実施例４では図４の構成で実施するようにしたが、例え
ば、図２の構成と図３の構成を同時に実施しても同様の
効果が期待できる等、この発明は上記の実施例に限定さ
れるものでなく、上記の実施例の組み合わせが可能なす
べての人工衛星の通信装置に適用可能である。

【００２７】実施例１０．実施例６及び実施例７では、
平面アンテナを５分割して構成して実施するようにした
が、例えば、一次元のみにし３分割にした構成とする、
あるいは分割数を増やし１１分割にして曲面を構成する
サブアレイ数を増やした構成とする等においても同様の
効果が期待できる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、移動
するユーザの相対位置に応じて通信ビームを制御し、通
信回線使用量の多い地域及び時刻に通信ビーム方向を形
成し、アンテナの熱歪による誤差を補正し、機械的に広
い角度に通信ビームを向けるように構成したので、通信
ビームのカバレージが広く、通信回線の使用要求に合わ
せて、高精度に通信ビームを生成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による人工衛星の通信装置
を示す構成図である。

【図２】この発明の一実施例による人工衛星の通信装置
を示す構成図である。

【図３】この発明の一実施例による人工衛星の通信装置
を示す構成図である。

【図４】この発明の一実施例による人工衛星の通信装置
を示す構成図である。

【図５】従来の人工衛星の通信装置の搭載方法を示す構
成図である。

【図６】この発明の一実施例による人工衛星の通信装置
の搭載方法を示す構成図である。

【図７】この発明の一実施例による人工衛星の通信装置
の搭載方法を示す構成図である。

【図８】この発明の一実施例による人工衛星の通信装置
の搭載方法を示す構成図である。

【図９】従来の人工衛星の通信装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１１タイマ部１２衛星軌道データ部１３衛星位置計算部１４ユーザ位置データ部１５ユーザ位置計算部１６相対角度計算部１７衛星時刻処理部１８ユーザ時刻処理部１９ビームパターン発生部２０ユーザ地図データ部２１ユーザ位置処理部２２ビームスキャン計算部２３姿勢センサ２５関数発生部２６温度測定部１２７温度測定部２２８温度信号処理部２９相対誤差検出部３０アンテナ駆動機構１３１アンテナ駆動機構２３２アンテナ駆動回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】人工衛星搭載平面アンテナの複数のアン
テナビームの指向方向を制御する人工衛星の送受２系統
を独立に有する通信装置において、上記人工衛星内部で
時刻信号を生成するタイマ部と、上記人工衛星の軌道要
素等のデータを保有する衛星軌道データ部と、上記タイ
マ部の出力信号と上記衛星軌道データ部の出力信号とを
利用して、上記人工衛星の時刻毎の衛星位置を計算する
衛星位置計算部と、上記人工衛星が通信する相手側であ
るユーザの軌道要素あるいは緯度及び経度等のデータを
保有するユーザ位置データ部と、上記タイマ部の出力信
号と上記ユーザ位置データ部の出力信号とを利用して上
記ユーザの位置を計算するユーザ位置計算部と、上記衛
星位置計算部の出力信号と上記ユーザ位置計算部の出力
信号とを利用して、上記人工衛星搭載アンテナと上記ユ
ーザとの相対角度を計算する相対角度計算部とを設けた
ことを特徴とする人工衛星の通信装置。
【請求項２】人工衛星搭載平面アンテナの複数のアン
テナビームの指向方向を制御する人工衛星の送受２系統
を独立に有する通信装置において、上記アンテナのビー
ムパターンを生成する信号を発生するビームパターン発
生部を設け、上記人工衛星内部で時刻信号を生成するタ
イマ部と、上記人工衛星の軌道要素等のデータを保有す
る衛星軌道データ部と、上記タイマ部の出力信号と上記
衛星軌道データ部の出力信号とを利用して、上記人工衛
星の時刻毎の衛星位置を計算する衛星位置計算部と、上
記人工衛星が通信する相手側であるユーザの軌道要素あ
るいは緯度及び経度等のデータを保有するユーザ位置デ
ータ部と、上記タイマ部の出力信号と上記ユーザ位置デ
ータ部の出力信号とを利用して上記ユーザの位置を計算
するユーザ位置計算部と、上記タイマ部の出力信号と地
上からのコマンド信号とを利用して衛星の基準時刻を生
成する衛星時刻処理部と、上記人工衛星計算部と上記ユ
ーザ位置計算部と上記衛星時刻処理部との出力信号を利
用して、上記ユーザの時刻を生成するユーザ時刻処理部
と、上記衛星位置計算部と、上記ユーザ時刻処理部との
出力信号をビームパターンを生成するために上記ビーム
パターン発生部へ送出することを特徴とする人工衛星の
通信装置。
【請求項３】ビームパターンを生成するために、上記
人工衛星内部で時刻信号を生成するタイマ部と、上記人
工衛星の軌道要素等のデータを保有する衛星軌道データ
部と、上記タイマ部と上記衛星軌道データ部との出力信
号を利用して、上記人工衛星の時刻毎の衛星位置を計算
する衛星位置計算部と、上記タイマ部の出力信号と地上
からのコマンド信号とを利用して衛星の基準信号を生成
する衛星時刻処理部と、上記人工衛星が通信する相手側
であるユーザの陸域部、海域部あるいは都市部等の地図
データを保有するユーザ地図データ部と、上記地図デー
タ部の出力信号と上記衛星位置計算部と上記衛星時刻処
理部との出力信号を利用して、上記人工衛星に対するユ
ーザ位置を計算するユーザ位置処理部との出力信号を上
記ビームパターン発生部へ送出することを特徴とする請
求項２記載の人工衛星の通信装置。
【請求項４】ビームパターンを生成するために、上記
人工衛星内部で時刻信号を生成するタイマ部と、上記人
工衛星の軌道要素等のデータを保有する衛星軌道データ
部と、上記タイマ部の出力信号と上記軌道データ部の出
力信号とを利用して、上記人工衛星の時刻毎の衛星位置
を計算する衛星位置計算部と、上記人工衛星が通信する
相手側であるユーザの軌道要素あるいは緯度及び経度等
のデータを保有するユーザ位置データ部と、上記タイマ
部の出力信号と上記ユーザ位置データ部の出力信号とを
利用して上記ユーザの位置を計算するユーザ位置計算部
と、上記タイマ部の出力信号と地上からのコマンド信号
とを利用して衛星の基準時刻を生成する衛星時刻処理部
と、上記衛星位置計算部と上記位置計算部と上記衛星時
刻処理部との出力信号を利用して上記ユーザの時刻を生
成するユーザ時刻処理部と、地上からのコマンドにより
アンテナブームのスキャン方向あるいは領域を計算する
ビームスキャン計算部と、上記衛星位置計算部と上記ユ
ーザ時刻処理部と上記ビームスキャン計算部との出力信
号を上記ビームパターン発生部へ送出することを特徴と
する請求項２記載の人工衛星の通信装置。
【請求項５】ビームパターンを生成するために、上記
人工衛星内部で時刻信号を生成するタイマ部と、上記人
工衛星の軌道要素等のデータを保有する衛星軌道データ
部と、上記タイマ部の出力衛星軌道データ部との出力信
号を利用して上記人工衛星の時刻毎の衛星位置を計算す
る衛星位置計算部と、上記タイマ部の出力信号と地上か
らのコマンド信号とを利用して衛星の基準信号を生成す
る衛星時刻処理部と、上記人工衛星が通信する相手側で
あるユーザの陸上部、海上部あるいは都市部等の地図デ
ータを保有するユーザ地図部と、上記地図データ部の出
力信号と上記衛星位置計算部と上記衛星時刻処理部との
出力信号を利用して上記人工衛星に対するユーザ位置を
計算するユーザ位置処理部と、地上からのコマンドによ
りアンテナビームのスキャン方向あるいは領域を計算す
るビームスキャン計算部と、上記ユーザ位置処理部と、
上記ビームスキャン計算部との出力信号を利用して上記
アンテナのビームパターンを生成する信号の出力信号を
上記ビームパターン発生部へ送出することを特徴とする
請求項２記載の人工衛星の通信装置。
【請求項６】ビームパターンを生成するために、上記
人工衛星の姿勢を検出する姿勢センサと、上記姿勢セン
サの出力信号を利用して上記人工衛星の内部で時刻信号
を計算するタイマ部と、上記人工衛星の軌道要素等のデ
ータを保有する衛星軌道データ部と、上記衛星軌道デー
タ部の出力信号と、上記タイマ部の出力信号と上記姿勢
センサとの出力信号とを利用して上記人工衛星の時刻毎
の衛星位置を計算する衛星位置計算部と、上記衛星位置
計算部との出力信号を上記ビームパターン発生部へ送出
することを特徴とする請求項２記載の人工衛星の通信装
置。
【請求項７】ビームパターンを生成するために、上記
人工衛星内部で時刻信号を生成するタイマ部と、上記人
工衛星の軌道要素等のデータを保有する衛星軌道データ
部と、上記タイマ部の出力信号と、上記衛星軌道データ
部の出力信号とを利用して上記人工衛星の時刻毎の衛星
位置を計算する衛星位置計算部と、地上からのコマンド
により正弦波等の関数を発生する関数発生部と、上記衛
星位置計算部の出力信号と上記関数発生部との出力信号
を上記ビームパターン発生部へ送出することを特徴とす
る請求項２記載の人工衛星の通信装置。
【請求項８】ビームパターンを生成するために、上記
人工衛星内部で時刻信号を生成するタイマ部と、上記人
工衛星の軌道要素等のデータを保有する衛星軌道データ
部と、上記タイマ部の出力信号と上記衛星位置計算部の
出力信号とを利用して上記人工衛星の時刻毎の衛星位置
を計算する衛星位置計算部と、上記アンテナに取付けら
れた温度測定部と、上記温度測定部の出力信号を利用し
て温度変動等を検知する温度信号処理部と、上記温度信
号処理部の出力信号を利用して正弦波等の関数を発生す
る関数発生部と、上記衛星位置計算部の出力信号と上記
関数発生部との出力信号を上記ビームパターン発生部へ
送出することを特徴とする請求項２記載の人工衛星の通
信装置。
【請求項９】ビームパターンを生成するために、上記
人工衛星内部で時刻信号を生成するタイマ部と、上記人
工衛星の軌道要素等のデータを保有する衛星軌道データ
部と、上記タイマ部の出力信号と上記衛星位置計算部の
出力信号とを利用して上記人工衛星の時刻毎の衛星位置
を計算する衛星位置計算部と、地上からコマンドにより
正弦波等の関数を発生する関数発生部と、上記衛星位置
計算部の出力信号と上記関数発生部の出力信号を上記ビ
ームパターン発生部へ送出し、上記人工衛星が通信する
相手側であるユーザの軌道要素あるいは緯度及び経度等
のデータを保有するユーザ位置データ部と、上記タイマ
部の出力信号と、上記ユーザ位置データ部の出力信号と
上記ビームパターン発生部の出力信号とを利用して上記
ビームパターン方向とユーザ位置方向との差を検出し上
記関数発生部に信号を供給する相対誤差検出部とを設け
たことを特徴とする請求項２記載の人工衛星の通信装
置。
【請求項１０】上記ビームパターン発生部の出力信号
を利用して上記アンテナを駆動する信号を生成するアン
テナ駆動回路と、上記アンテナ駆動回路の出力信号によ
り上記アンテナと機械的に直結し上記アンテナを機械的
に駆動するアンテナ駆動機構とを設けたことを特徴とす
る請求項２記載の人工衛星の通信装置。
【請求項１１】上記平面アンテナを上記人工衛星の構
体面に取付け、送受信回路部を上記人工衛星の構体内に
収納したことを特徴とする請求項２〜請求項１０記載の
人工衛星の通信装置。
【請求項１２】上記平面アンテナの隣接する複数のサ
ブアレイ毎に分割し、上記人工衛星が通信する相手側で
あるユーザの位置の移動方向に対して、上記分割したサ
ブアレイを凸面状に配列したことを特徴とする請求項１
１記載の人工衛星の通信装置。
【請求項１３】上記平面アンテナの隣接する複数のサ
ブアレイ毎に分割し、上記人工衛星が通信する相手側で
あるユーザの位置の移動方向に対して上記分割したサブ
アレイを凹面状に配列したことを特徴とする請求項１１
記載の人工衛星の通信装置。