(57)【要約】      （修正有）【課題】軌道上の衛星の送信アンテナを特徴付ける方法および関連システムを提供する。【解決手段】信号増幅手段５０４、５０５を含むペイロード５００を含む軌道上の衛星の送信アンテナ５０６を特徴付ける方法であって、前記送信アンテナ５０６の入力端で熱雑音を生成すべく前記増幅手段５０４、５０５を構成するステップと、前記送信アンテナ５０６により所定時間にわたり前記衛星のダウンリンクに送信された信号を地上局１０３により取得するステップと、前記所定時間中、前記軌道上の衛星に対し、所定の変動を伴う角バイアスを与えるべく前記衛星を制御すると共に、前記変動を記録するステップと、前記ダウンリンクに送信された前記信号の測定値と、前記衛星の角バイアスの変動との相関から前記送信アンテナ５０６の利得変動を前記衛星の角バイアスの関数として導くべく前記相関を求めるステップとを含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号増幅手段（５０４、５０５）を含むペイロード（５００）を含む軌道上の衛星（１００）の送信アンテナ（１０２、５０６）を特徴付ける方法であって、
−  前記送信アンテナ（１０２、５０６）の入力端で熱雑音を生成すべく前記増幅手段（５０４、５０５）を構成するステップと、
−  前記送信アンテナ（１０２、５０６）により所定時間にわたり前記衛星（１００）のダウンリンクに送信された信号を地上局（１０３、１０４）により取得するステップと、
−  前記所定時間中、前記軌道上の衛星（１００）に対し、所定の変動を伴う角バイアスを与えるべく前記衛星を制御すると共に、前記変動を記録するステップと、
−  前記ダウンリンクに送信された前記信号の測定値と、前記衛星の角バイアスの変動との相関から前記送信アンテナ（１０２、５０６）の利得変動を前記衛星の角バイアスの関数として導くべく前記相関を求めるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記増幅手段（５０４、５０５）が飽和状態で動作するように構成されている、請求項１に記載の特徴付ける方法。
【請求項３】
前記増幅手段（５０４、５０５）が、第１の中間増幅手段（５０４）および第２の高出力増幅手段（５０５）を含み、前記中間増幅手段（５０４）が、前記第２の高出力増幅手段（５０５）の入力端で前記信号を所定のレベルに増幅するように構成されていて、前記レベルが、前記第２の高出力増幅手段（５０５）の出力信号のレベルが前記地上局のアンテナ（１０３）により生成された雑音レベルより高くなるように決定されている、請求項１に記載の特徴付ける方法。
【請求項４】
前記ペイロード（５００）が、少なくとも１個の受信アンテナ（５０１）および受信チャネル（５０２）を含み、前記衛星のアップリンクから到達する雑音の影響を制約すべく前記受信チャネル（５０２）が前記受信アンテナ（５０１）から切り離されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の特徴付ける方法。
【請求項５】
信号増幅手段（５０４、５０５）を含むペイロード（５００）を含む軌道上の衛星（１００）の送信アンテナ（１０２、５０６）を特徴付けるシステムであって、
−  前記送信アンテナ（１０２、５０６）の入力端で熱雑音を生成すべく前記増幅手段（５０４、５０５）を構成する手段と、
−  前記送信アンテナ（１０２、５０６）により所定時間にわたり前記衛星（１００）のダウンリンクに送信された信号を取得する手段（１０３、１０４）と、
−  前記所定時間中、前記軌道上の衛星（１００）に対し、所定の変動を伴う角バイアスを与えるべく前記衛星を制御する手段、および前記変動を記録する手段と、
−  前記ダウンリンクに送信された前記信号の測定値と、前記衛星の角バイアスの変動との相関から前記送信アンテナ（１０２、５０６）の利得変動を前記衛星の角バイアスの関数として導くべく前記相関を求める手段とを含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道上の衛星のペイロードを試験する方法およびシステムに関する。より正確には、本発明は軌道上の衛星の送信アンテナの特徴付けに関する。
【０００２】
本発明の技術分野は、軌道上の衛星の送信アンテナの公称動作の試験、すなわち当該アンテナの放射パターンを特徴付けて、期待動作仕様と比較することを可能にする方法およびシステムの分野である。
【０００３】
本発明は特に軌道上にある通信衛星の試験に適用されるが、ペイロードが少なくとも１個のリピータおよびダウンリンク方向に送信するアンテナにより構成される任意の衛星に適用される。
【背景技術】
【０００４】
軌道上の衛星のペイロードを試験する公知の方法は多くの場合、試験装置に結合された地上局により生成されて軌道上の衛星のアップリンクに送信される無変調搬送波上の試験信号の使用に基づいている。衛星は、受信アンテナを介して当該試験信号を受信する。当該信号は、リピータを通じて送信され、送信アンテナを介して地上局に再送信される。衛星のダウンリンクに送信された信号に対して実行された測定から衛星の送信アンテナの応答を特徴付けることが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特定の試験信号の使用に基づく試験方法には多くの短所がある。
【０００６】
送信アンテナの試験は、受信アンテナのカバー領域の一部に限られる。実際、試験方法が使用できるためには、アップリンクへの試験信号の送信および衛星によりダウンリンクに再送信された信号の利得の両方の動作を行う地上局は、衛星の受信アンテナおよび送信アンテナのカバー領域が交差する領域内に配置されなければならない。従って、送信アンテナを、その角度的カバー範囲全体にわたり試験することは不可能である。
【０００７】
更に、送信アンテナ単独の寄与分を抽出するには、受信アンテナの利得変動を補償するために自動利得ループの使用を必要とする。このループは、送信アンテナの入力インターフェースで一定のレベルを提供するため、地上において送信アンテナの変動だけを測定することが可能になる。しかし、受信アンテナの放射パターンが送信アンテナよりも一般により指向的であるため、結果的に試験中の送信アンテナの動的測定範囲が自動利得制御ループで利用できるダイナミックレンジに限られてしまう。
【０００８】
更に、絶縁測定、すなわちアンテナの取得が極めて低いカバー領域における送信アンテナの特徴付けもまた、受信アンテナの弱い受信レベルにより制約される。
【０００９】
試験信号の使用に付随する別の問題は、マルチビーム送信アンテナ試験または複数の周波数で送信するアンテナの動作の試験が望まれる場合、多搬送波信号の生成、従ってそのような信号を生成する装置が必要となり、試験システムの複雑度が増すことである。
【００１０】
最後に、試験搬送波の生成により、他の隣接衛星群を妨害する恐れがあり、これは全体的な周波数調整を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、受信アンテナの特性とは独立に、軌道上の衛星の送信アンテナを、そのダイナミックレンジ全体にわたり、且つそのカバー領域全体にわたり特徴付けることを可能にする方法およびシステムを提案する。
【００１２】
本発明は、無変調搬送波上での試験信号の使用を必要せず、従って試験信号の使用に付随する短所を排除することが可能になる。
【００１３】
更に、本発明は、試験用設備の変更を必要とせず、従って当該設備の複雑度を増すことなく、複数のビームおよび／または複数の分離された周波数を有する衛星の送信アンテナの試験を可能にする。
【００１４】
本発明は従って、信号増幅手段を含むペイロードを含む軌道上の衛星の送信アンテナを特徴付ける方法に関し、前記方法は、
−  送信アンテナの入力端で熱雑音を生成すべく前記増幅手段を構成するステップと、
−  送信アンテナにより所定時間にわたり衛星のダウンリンクに送信された信号を地上局により取得するステップと、
−  前記所定時間中、前記軌道上の衛星に対し、所定の変動を伴う角バイアスを与えるべく前記衛星を制御すると共に、前記変動を記録するステップと、
−  ダウンリンクに送信された信号の測定値と、衛星の角バイアスの変動との相関から送信アンテナの利得変動を衛星の角バイアスの関数として導くべく前記相関を求めるステップとを含んでいる。
【００１５】
有利には、増幅手段は飽和状態で動作するように構成されている。
【００１６】
増幅手段はまた、第１の中間増幅手段および第２の高出力増幅手段を含むことができ、前記中間増幅手段は、第２の高出力増幅手段の入力端で信号を所定のレベルに増幅するように構成されていて、前記レベルは、第２の高出力増幅手段の出力信号のレベルが地上局のアンテナにより生成された雑音レベルより高くなるように決定されている。
【００１７】
本発明の特定の実施形態によれば、ペイロードは、少なくとも１個の受信アンテナおよび受信チャネルを含み、衛星のアップリンクから到達する雑音の影響を制約すべく受信チャネルが受信アンテナから切り離されている。
【００１８】
本発明はまた、信号増幅手段を含むペイロードを含む軌道上の衛星の送信アンテナを特徴付けるシステムにも関し、前記システムは、
−  送信アンテナの入力端で熱雑音を生成すべく前記増幅手段を構成する手段と、
−  送信アンテナにより所定時間にわたり衛星のダウンリンクに送信された信号を取得する手段と、
−  前記所定時間中、前記軌道上の衛星に所定の変動をする角バイアスを与えるべく前記衛星を制御する手段、およびその変動を記録する手段と、
−  ダウンリンクに送信された信号の測定値と、衛星の角バイアスの変動との相関から送信アンテナの利得変動を衛星の角バイアスの関数として導くべく前記相関を求める手段とを含んでいる。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら以下の記述を読むことにより、より明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術による、軌道上の衛星の送信アンテナを試験する方法を示す概要図である。
【図２】試験可能な送信アンテナの誤指向の動的角範囲に関して、図１に示す試験方法がもたらす制約を示すグラフである。
【図３】図１に示す試験方法の特定の短所を示す概要図である。
【図４】本発明による試験方法を示す概要図である。
【図５】試験対象である、特にオンボード増幅システムの衛星のペイロードを示す図である。
【図６ａ】衛星のダウンリンクで測定された信号の利得を時間の関数として示すグラフである。
【図６ｂ】ダウンリンクにおける信号を取得する間、衛星により与えられる角バイアスを図６ａと同一時間の関数として示すグラフである。
【図６ｃ】図６ａ、６ｂに示す測定値を組合わせることにより得られるアンテナパターンの例を示す。
【図６ｄ】衛星の送信アンテナの仕様により得られるアンテナパターンの比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１、２および３は、複数の線図およびグラフにより、軌道上の衛星の送信アンテナを試験する公知の方法の原理、および本出願の序論で既に言及したその短所を示す。
【００２２】
図１に、軌道上の衛星１００の送信アンテナ１０２を試験する公知の方法の原理を概要図で示す。
【００２３】
アンテナ１０３に結合された試験局１０４を用いて、試験信号を生成して無変調搬送波に乗せて、衛星１００のアップリンクに送信する。試験信号は、衛星１００の受信アンテナ１０１により受信され、次いでダウンリンクを介して衛星１００の送信アンテナ１０２により再送信される。当該信号は、自身が測定を実行することにより送信アンテナ１０２のアンテナパターンの特徴付けを可能にする試験局１０４のアンテナ１０３により受信される。
【００２４】
上述のように、上記方法の短所は、試験可能なカバー領域が受信アンテナ１０１のカバー領域１１０と、送信アンテナ１０２のカバー領域１２０との間の重複領域１３０に限定されることである。
【００２５】
図２に、基準指向方向に関して衛星により与えられる角バイアス２０２の関数としてデシベル単位で表す相対アンテナ利得２０１をグラフ形式で示す。衛星の受信アンテナ２１０、および送信アンテナ２２０の各々の利得曲線を図２のグラフに示す。受信アンテナは一般に送信アンテナよりも指向的であり、このため角バイアスが増大するにつれてアンテナ利得がより速く減衰する。
【００２６】
受信アンテナの利得の変動を補償するために、送信アンテナの入力端における信号を一定のレベル２１１に戻すべく衛星のペイロードにおいて自動利得制御ループが起動される。このような方法で、地上局はダウンリンクを介して受信された信号において、送信アンテナの利得の変動だけを測定することができる。
【００２７】
自動利得制御ループの動的入力動作範囲は限定されている。図２に示す例において、これは−２０ｄＢ程度の入力レベルでのみ動作する。従って、図２に示す例における１．５°程度である所与の値より大きい角バイアスの場合、受信アンテナの利得の変動はもはや補償されず、このことは特定の閾値を超えた角偏位２３０は試験できないことを意味する。
【００２８】
図３に、試験対象の衛星１００のアップリンクに対する周波数調整計画の必要性を示す。無変調搬送波３１０上の試験信号が試験局１０４のアンテナ１０３により衛星１００のアップリンクに送信される。試験局１０４は、受信時に、フィルタリングにより、衛星１００のダウンリンクに再送信された無変調搬送波を取り出す。
【００２９】
無変調搬送波３１０のアップリンクへの送信により、１個以上の隣接する衛星群３００同士の干渉３０１が生じうる。従って、周波数調整計画は、他の衛星群により他の場所で使用される周波数を妨害するのを避けるために必要である。
【００３０】
図４に、軌道上の衛星１００の送信アンテナ１０２の特徴付けを、前記衛星のアップリンクに試験信号を生成または送信することなく可能にする本発明の方法の使用例を示す。
【００３１】
本発明による方法は、実質的に一定且つ衛星の角偏位に関して独立したレベルの広帯域雑音が存在することを送信アンテナ１０２の入力インターフェースで保証する充分な出力の熱雑音を衛星のペイロード上で生成することを含む。このような方法で、送信アンテナ１０２によりダウンリンクに送信された信号が、試験局１０４のアンテナ１０３により取得され、次いで受信アンテナ１０１のカバー領域との重複領域にもはや限定されないカバー領域１２０全体にわたりアンテナ利得を特徴付けるべく解析される。
【００３２】
アンテナ１０２の入力インターフェースで生成された雑音４００は、所定の周波数解析帯域内で試験局１０４によりフィルタリングされる。
【００３３】
図５に、受信アンテナ５０１、受信チャネル５０２、チャネルフィルタ５０３、中間増幅システム５０４、高出力増幅器５０５、および送信アンテナ５０６を含む衛星のペイロード５００の例を簡略ブロック図で示す。ペイロード５００は従って、リピータの機能を実行すべく、すなわち受信チャネル５０２で受信された信号を送信アンテナ５０６を介して衛星のダウンリンクに再送信するように構成されている。図５に示す例では単一のリピータを示しているが、ペイロードは複数の異なる受信および／または送信周波数に関連付けられた複数のリピータを含んでいてよい。
【００３４】
受信アンテナ５０１により信号が受信されない場合、ペイロード５００は２つの主成分、すなわち受信アンテナ５０１によりペイロードに送信される地球の放射から生じ、隣接する衛星システムから到達する干渉を潜在的に含む第１の雑音成分と、リピータ自身により、特に受信システム５０２により生じた第２の熱雑音成分とを有する雑音を生成する。
【００３５】
中間増幅システム５０４を、飽和状態で動作させ、従って高出力増幅器５０５を飽和させるように構成５１０することにより、送信アンテナ５０６の入力インターフェースで充分な雑音レベルを取得でき、そのアンテナパターンを特徴付けることが可能になる。高出力増幅器５０５の出力端で生成された雑音レベルは、地上で試験局のアンテナ１０３により生成された雑音レベルより高くなければならない。
【００３６】
中間増幅システム５０４および送信アンテナ５０６の特徴付けを可能にする所望の効果を得るための関連構成の例示的な実施形態について以下により詳細に述べる。
【００３７】
増幅システム５０４は、少なくとも第１の増幅器５４１を含み、チャネルフィルタ５０３の出力端での信号レベルを調整して第１の増幅器５４１の出力端に配置された自動利得制御ループ５４２のダイナミックレンジと互換性を持たせることができるようにする。自動利得制御ループ５４２は、高出力増幅器５０５の入力端で所望の動作点に達するべく信号の増幅が可能な第２の増幅器５４３の入力端で一定のレベルの信号を取得できるようにする。第３の増幅器５４４が、高出力増幅器５０５の非線形性を補償すべく第２の増幅器５４３の出力端に配置されている。
【００３８】
図５に示す増幅システム５０４の例は、説明目的かつ非限定的である。特に、カスケード配置された他の増幅器が含まれうる。例えば、自動利得制御ループ５４２は任意選択でありうる。
【００３９】
送信アンテナ５０６の入力端で充分な雑音レベルを得るために、第１および第２の増幅器５４１、５４３は、飽和状態で動作を実行する目的で入力信号を最大利得で増幅するように構成されている。第３の増幅器５４４は、高出力増幅器を飽和させるか、または送信アンテナの想定リンク量、および地上局のアンテナ１０３の想定リンク量に依存する充分な動作レベルを得るように構成されている。このように生成された雑音レベルはまた、送信アンテナ５０６の特徴付けに必要な測定を行うのに充分な時間にわたりダウンリンクの信号を取得可能にする高い時間的安定性を有している。
【００４０】
本発明の変型実施形態において、ペイロードの受信チャネル５０２は、例えば自身の入力端を別の受信チャネル（図示せず）の入力端に接続することにより、衛星の受信アンテナ５０１から切り離すことができる。このような方法で、受信アンテナ５０１により受信された雑音が除外され、リピータ自身により生成された熱雑音だけが用いられる。
【００４１】
飽和状態での動作中にペイロードの増幅システムを使用することにより、通常は衛星のアップリンクで生成される試験信号を代替することが可能になる。このような方法で、試験方法は特定の信号を一切必要とせず、衛星の受信アンテナ５０１の特徴および動作に依存しない。
【００４２】
本発明による試験方法は、以下のステップの実行を含んでいる。
【００４３】
試験局１０４は、衛星のダウンリンクに送信された信号を取得する手段と、前記信号の測定およびスペクトル解析を行う手段とを含み、衛星のダウンリンクに接続されている。
【００４４】
衛星のペイロードに搭載された中間増幅システム５０４は、高出力増幅器５０５の飽和状態または送信アンテナ５０６の入力インターフェースで充分な動作雑音レベルに達すべくリピータの雑音を増幅するように構成されている。衛星のペイロードの構成は、試験局から遠隔箇所にある衛星の管制センターにより実行される。
【００４５】
信号のスペクトル解析は例えば、高周波成分を除去することにより信号のレベルを平滑化すべく受信された信号の低パスフィルタリングを実行するように構成されたスペクトル解析器により実行される。１回の掃引時間中、複数の連続的な点測定が実行される。
【００４６】
更に、衛星のカバー領域全体にわたりアンテナの特徴付けを可能にして、アンテナの利得の変動を時間の関数として観察すべく、前記衛星に対し、その基準指向方向に関して角バイアスが与えられる。衛星の指向制御はまた、遠隔制御およびテレメトリリンクを介して遠隔制御センターから実行される。
【００４７】
試験局に含むことも、遠隔箇所に置くこともできる試験局１０４が取得した信号を処理する手段が次いで、衛星の送信アンテナのパターンの測定値を生成すべく実行される。図６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに、取得した信号に対して実行される処理を示す。
【００４８】
図６ａに、試験局が取得した信号のレベルの測定値を時間ｔの関数として、１ミリワット当たりデシベル（ｄＢｍ）単位でグラフ形式で示す。
【００４９】
図６ｂに、衛星の指向方向の角度で表す角バイアスの変動を、図６ａと同一の時間幅にわたり示す。
【００５０】
図６ａと６ｂのグラフを相関を求めることにより、取得した信号のレベルを衛星に与えられる角バイアスの関数として与える図６ｃのグラフが得られる。
【００５１】
図６ｄに、衛星の送信アンテナのパターンの指定されたエンベロープと共に、角変動の所与の範囲にわたり再構成されたアンテナ利得６０３の変動を比較することを含む本発明の方法による最後のステップを示す。そのようなエンベロープは例えば、最大利得曲線６０１および最小利得曲線６０２からなり、その間を測定された利得が変動するはずである。
【符号の説明】
【００５２】
１００  衛星
１０１，２１０，５０１  受信アンテナ
１０２，２２０，５０６  送信アンテナ
１０３  アンテナ
１０４  地上局
１１０，１２０  カバー領域
１３０  重複領域
２０１  相対アンテナ利得
２０２  角バイアス
２１１  レベル
２３０  角偏位
３００  衛星群
３０１  干渉
３１０  無変調搬送波
４００  雑音
５００  ペイロード
５０２  受信チャネル
５０３  チャネルフィルタ
５０４  中間増幅手段
５０５  高出力増幅手段
５１０  構成
５４１，５４３，５４４  増幅器
５４２  自動利得制御ループ
６０１  最大利得曲線
６０２  最小利得曲線
６０３  アンテナ利得
【図１】
2014060710.tif 000003
【図２】
2014060710.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014060710.tif 000006
【図５】
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【図６ａ】
2014060710.tif 000008
【図６ｂ】
2014060710.tif 000009
【図６ｃ】
2014060710.tif 000010
【図６ｄ】
2014060710.tif 000011
【外国語明細書】
2014060710000001.pdf