(57)【要約】  異なる衛星で中継される通信回線への切替時に、通信相手と通信できない期間を無くする。  電波を受信して素子受信信号を出力する複数の素子受信アンテナ１を有する受信アンテナ２と、複数の素子受信信号を処理して電子的に独立に変更できる２つの方向から受信する信号を出力する素子受信信号処理部５と、素子送信信号がそれぞれ入力されて電波を送信する複数の素子送信アンテナ３を有する送信アンテナ４と、電子的に独立に変更できる２つの方向へ電波を送信できる素子送信信号を生成する素子送信信号生成部６と、２個の通信回線で送受信される信号をそれぞれ変復調する２個の変復調部８Ａ、８Ｂと制御部１１とを備える。主衛星を追尾して通信し、かつ衛星が送信するビーコン信号を受信できる方向を探索範囲で探索する探索モード、探索モードで検出された副衛星および主衛星をそれぞれ追尾して通信する二回線モードを切替えて動作する。
2019078348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を受信して素子受信信号を出力する複数の素子受信アンテナを有する受信アンテナと、
複数の前記素子受信信号を処理して、電子的に変更できる主受信方向からの主受信周波数の受信信号を出力し、かつ前記主受信方向とは独立に電子的に変更できる副受信方向からの前記主受信周波数とは異なる副受信周波数の受信信号を出力する素子受信信号処理部と、
素子送信信号がそれぞれ入力されて電波を送信する複数の素子送信アンテナを有する送信アンテナと、
主送信周波数の送信信号および前記主送信周波数とは異なる副送信周波数の送信信号が入力されて、電子的に変更できる主送信方向へ前記主送信周波数の電波を前記送信アンテナが送信し、かつ前記主送信方向とは独立に電子的に変更できる副送信方向へ前記副送信周波数の電波を前記送信アンテナが送信するように、複数の前記素子送信アンテナにそれぞれ入力される複数の前記素子送信信号を生成する素子送信信号生成部と、
割当てられた主通信回線および前記主通信回線で通信中に割当てられた副通信回線のどちらかで送受信される信号をそれぞれ変復調する２個の変復調部と、
前記素子受信信号処理部、前記素子送信信号生成部および２個の前記変復調部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記主通信回線で通信している、決められた通信可能下限値以上の強度で受信できる電波を送信する衛星である通信可能衛星である主衛星を前記主受信方向および前記主送信方向で追尾して通信相手と通信し、かつ衛星が送信するビーコン信号の周波数であるビーコン周波数を前記副受信周波数に設定して前記副受信方向を指向方向の決められた範囲である探索範囲で変化させて前記主衛星とは異なる前記通信可能衛星を検出する探索モード、前記探索モードで検出された前記通信可能衛星である副衛星で中継される前記副通信回線を前記通信相手と通信できるように設定する回線設定モード、前記回線設定モードで前記副通信回線が設定できて、前記主衛星を前記主受信方向および前記主送信方向で追尾して前記主通信回線で前記通信相手と通信し、かつ前記副衛星を前記副受信方向および前記副送信方向で追尾して前記副通信回線で前記通信相手と通信する二回線モードを切替えるように制御し、
前記二回線モードからは前記探索モードに変化する、通信装置。
【請求項２】
前記素子受信信号処理部が出力する前記主受信周波数の受信信号の強度である主信号強度を計測する主信号強度計測部と、
前記素子受信信号処理部が出力する前記副受信周波数の受信信号の強度である副信号強度を計測する副信号強度計測部とを備え、
前記制御部が、
前記探索モード、前記回線設定モードおよび前記二回線モードで、前記主通信回線に割当てられた受信周波数および送信周波数を前記主受信周波数および前記主送信周波数にそれぞれ設定し、前記探索モードで、前記ビーコン周波数を前記副受信周波数に設定し、前記回線設定モードで、回線割当制御で使用される受信周波数および送信周波数を前記副受信周波数および前記副送信周波数に設定し、前記二回線モードで、前記副通信回線に割当てられた受信周波数および送信周波数を前記副受信周波数および前記副送信周波数にそれぞれ設定する周波数制御部と、
前記主受信方向、前記副受信方向、前記主送信方向および前記副送信方向を制御する指向方向制御部と、
前記主受信周波数の受信信号の処理に用いる電力である主受信電力および前記副受信周波数の受信信号の処理に用いる電力である副受信電力を決める受信電力配分部と、
前記主送信周波数の送信信号の生成に用いる電力である主送信電力および前記副送信周波数の送信信号の生成に用いる電力である副送信電力を決める送信電力配分部と、
前記回線設定モードで、前記副通信回線の割当を要求し、割当てられた前記副通信回線を前記通信相手と通信できるように設定する回線管理部と、
前記探索モードでは、前記主通信回線で送受信する信号を一方の前記変復調部で変復調させ、前記回線設定モードでは、前記主通信回線で送受信する信号を一方の前記変復調部で変復調させ、かつ前記副通信回線で送受信する信号を他方の前記変復調部で変復調させて前記回線管理部に入出力させ、前記二回線モードでは、前記主通信回線および前記副通信回線で送受信する信号を２個の前記変復調部でそれぞれ変復調させる通信制御部と、
前記探索モードで、前記副信号強度に基づいて前記通信可能衛星を検出する通信可能衛星検出部と、
前記二回線モードで、少なくとも前記主信号強度および前記副信号強度に基づいて前記二回線モードを継続するかどうかを決める二回線通信判定部と、
前記回線管理部、前記通信可能衛星検出部および前記二回線通信判定部の出力に応じて、前記探索モード、前記回線設定モードおよび前記二回線モードを切替えるモード切替部とを有する、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記探索モードでは、前記受信電力配分部が、前記通信可能衛星を発見できる電力以上に前記副受信電力を決め、かつ前記副受信電力よりも大きく前記主受信電力を決める、請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記二回線モードでは、前記受信電力配分部が前記主受信電力および前記副受信電力を同じ大きさに決め、前記送信電力配分部が前記主送信電力および前記副送信電力を同じ大きさに決める、請求項２または請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記二回線モードでは、前記副受信電力を、前記主受信電力以下であり、かつ前記副信号強度が前記受信信号強度下限値以上になるように前記受信電力配分部が決める、請求項２または請求項３に記載の通信装置。
【請求項６】
前記二回線モードでは、前記主送信電力に対する前記副送信電力の比率を、前記主受信電力に対する前記副受信電力の比率と同じになるように前記送信電力配分部が決める、請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
前記受信電力配分部が、前記主受信電力および前記副受信電力の和が一定になるように前記主受信電力および前記副受信電力を決め、
前記送信電力配分部が、前記主送信電力および前記副送信電力の和が一定になるように前記主送信電力および前記副送信電力を決める、請求項２から請求項６の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項８】
前記二回線通信判定部が、前記主衛星または前記副衛星が前記通信可能衛星でないと判断する場合に前記二回線モードを継続しないと決める、請求項２から請求項７の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項９】
前記二回線通信判定部が、前記通信可能下限値および前記主受信電力に基づき決められる主受信信号強度下限値よりも小さい前記主信号強度を検出する場合に前記主衛星が前記通信可能衛星でないと判断し、前記通信可能下限値および前記副受信電力に基づき決められる副受信信号強度下限値よりも小さい前記副信号強度を検出する場合に前記副衛星が前記通信可能衛星でないと判断する、請求項８に記載の通信装置。
【請求項１０】
前記通信可能衛星検出部が、前記通信可能下限値および前記副受信電力に基づいて決められる副受信信号強度下限値以上である前記副信号強度を前記主受信方向とは異なる方向で検出する場合に前記通信可能衛星を検出し、前記副受信信号強度下限値以上である前記副信号強度を前記主受信方向とは異なる方向で検出しない場合に前記通信可能衛星を検出しない、請求項２から請求項９の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項１１】
前記二回線通信判定部が、前記主衛星および前記副衛星がともに前記通信可能衛星であるが前記二回線モードが不要であると判断する場合にも前記二回線モードを継続しないと決める、請求項８に記載の通信装置。
【請求項１２】
前記二回線通信判定部が、前記主信号強度に基づき決められた切替可能下限値よりも前記副信号強度が大きい場合に、前記二回線モードが不要であると判断して、前記主通信回線での通信を中止する、請求項１１に記載の通信装置。
【請求項１３】
前記二回線通信判定部が、前記副信号強度が減少していることを検出する場合に前記二回線モードが不要であると判断して、前記副通信回線での通信を中止する、請求項１１または請求項１２に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記二回線モードが不要であると前記二回線通信判定部が判断して前記探索モードに変化する際に、通信を中止した前記通信可能衛星と通信していた方向である探索不要方向を記憶しておき、
前記探索モードにおいて、前記通信可能衛星検出部が、前記通信可能下限値および前記副受信電力に基づいて決められる副受信信号強度下限値以上である前記副信号強度を、前記主受信方向および前記探索不要方向とは異なる方向で検出する場合に前記通信可能衛星を検出し、前記主受信方向および前記探索不要方向とは異なる方向で前記副受信信号強度下限値以上である前記副信号強度を検出しない場合に前記通信可能衛星を検出しない、請求項１１から請求項１３の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項１５】
前記二回線モードが不要であると前記二回線通信判定部が判断して前記探索モードに変化する際に、通信を中止した前記通信可能衛星である通信不要衛星を記憶しておき、
前記探索モードにおいて、前記通信可能衛星検出部が、前記通信可能下限値および前記副受信電力に基づいて決められる副受信信号強度下限値以上である前記副信号強度を、前記主衛星および前記通信不要衛星とは異なる衛星からの前記ビーコン信号を受信して検出する場合に前記通信可能衛星を検出し、前記主衛星および前記通信不要衛星とは異なる衛星からの前記ビーコン信号を受信して前記副受信信号強度下限値以上である前記副信号強度を検出しない場合に前記通信可能衛星を検出しない、請求項１１から請求項１３の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項１６】
前記通信可能衛星検出部が、前記通信可能衛星を検出する場合に前記通信可能衛星が存在する方向も求める、請求項１０または請求項１４または請求項１５に記載の通信装置。
【請求項１７】
移動体に搭載される、請求項１から請求項１６の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項１８】
電波を受信して素子受信信号を出力する複数の素子受信アンテナを有する受信アンテナと、
複数の前記素子受信信号を処理して、電子的に変更できる主受信方向からの主受信周波数の受信信号を出力し、かつ前記主受信方向とは独立に電子的に変更できる副受信方向からの前記主受信周波数とは異なる副受信周波数の受信信号を出力する素子受信信号処理部と、
素子送信信号がそれぞれ入力されて電波を送信する複数の素子送信アンテナを有する送信アンテナと、
主送信周波数の送信信号および前記主送信周波数とは異なる副送信周波数の送信信号が入力されて、電子的に変更できる主送信方向へ前記主送信周波数の電波を前記送信アンテナが送信し、かつ前記主送信方向とは独立に電子的に変更できる副送信方向へ前記副送信周波数の電波を前記送信アンテナが送信するように、複数の前記素子送信アンテナにそれぞれ入力される複数の前記素子送信信号を生成する素子送信信号生成部と、
割当てられた主通信回線および前記主通信回線で通信中に割当てられた副通信回線のどちらかで送受信される信号をそれぞれ変復調する２個の変復調部と、
前記素子受信信号処理部、前記素子送信信号生成部および２個の前記変復調部を制御する制御部とを備えた通信装置を用いて通信相手と通信する通信方法であって、
前記主通信回線で通信している、決められた通信可能下限値以上の強度で受信できる電波を送信する衛星である通信可能衛星である主衛星を前記主受信方向および前記主送信方向で追尾して前記通信相手と通信し、かつ衛星が送信するビーコン信号の周波数であるビーコン周波数を前記副受信周波数に設定して前記副受信方向を指向方向の決められた範囲である探索範囲で変化させて前記主衛星とは異なる前記通信可能衛星を検出する探索手順と、
前記探索手順で検出された前記通信可能衛星である副衛星で中継される前記副通信回線を前記通信相手と通信できるように設定する回線設定手順、
前記回線設定手順で前記副通信回線が設定できて、前記主衛星を前記主受信方向および前記主送信方向で追尾して前記主通信回線で前記通信相手と通信し、かつ前記副衛星を前記副受信方向および前記副送信方向で追尾して前記副通信回線で前記通信相手と通信する二回線通信手順と、
前記二回線通信手順と並行して実行される前記二回線通信手順を継続して実行するかどうかチェックする二回線通信継続チェック手順とを備え、
前記二回線通信継続チェック手順で前記二回線通信手順を継続しないと判定した場合に、前記二回線通信手順から前記探索手順に変化する、通信方法。
【請求項１９】
前記二回線通信継続チェック手順は、
前記主衛星からの前記主受信周波数の受信信号の強度である主信号強度を計測する主信号強度計測手順と、
前記副衛星からの前記副受信周波数の受信信号の強度である副信号強度を計測する副信号強度計測手順と、
前記主信号強度に基づき前記主衛星が前記通信可能衛星であるかどうかチェックし、かつ前記副信号強度に基づき前記副衛星が前記通信可能衛星であるかどうかチェックする二回線通信可能チェック手順とを有し、
前記二回線通信可能チェック手順で前記主衛星または前記副衛星のどちらかが前記通信可能衛星でないことを検出する場合に、前記二回線通信手順を継続しないと判定する、請求項１８に記載の通信方法。
【請求項２０】
前記二回線通信継続チェック手順は、
前記主衛星および前記副衛星がともに前記通信可能衛星である場合に、前記主信号強度および前記副信号強度の少なくとも一つに基づき前記二回線通信手順を継続する必要があるかどうか判断する二回線通信要否判断手順をさらに有し、
前記二回線通信要否判断手順が前記二回線通信手順を継続する必要がないと判断する場合に、前記二回線通信手順を継続しないと判定する、請求項１９に記載の通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星に中継されて通信する通信装置および通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機に搭載される衛星通信用のアンテナは、空気抵抗を小さくするために、機首方向から見た断面積を小さくする必要がある。機首方向から見た断面積を小さくするためには、アンテナの高さを低くすることが有効であり、横長の楕円開口面を有するアンテナがよく使用される。さらにアンテナの高さを小さくする技術として、アクティブ電子走査式(ＡＥＳＡ：Active Electronically Scanned Array)のアンテナが開発されている。ＡＥＳＡ式のアンテナであれば、高さを数ｃｍ程度にまで低くできる。【０００３】
航空機から衛星に中継されて通信する場合、航空機の移動にともない中継する衛星を変更する必要がある。１個の衛星が複数のエリアをそれぞれ中継する複数のビームを有するマルチビーム衛星では、使用するビームを変更する場合がある。衛星に中継されて通信する場合に通信回線を変更する場合には、通信回線を切替える際に通信できない期間が発生する。【０００４】
衛星通信回線を切替える際に通信できない時間を短縮するために、地上の回線管理局ではなくマルチビーム衛星が通信回線の割当を実施する方式が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１８００２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
衛星通信の分野では、数百から数千個の小型で低軌道を周回する衛星により、地球全体をカバーするメガコンステレーション（衛星ネットワーク）を構築しようとする動きがある。メガコンステレーションを構成する衛星に中継されて通信する場合には、中継する衛星を変更する頻度が高くなる。例えば、数分ごとに衛星を変更する必要がある。衛星を変更する頻度が高くなる理由は、１個の衛星がカバーするエリアの大きさが小さいことと、低軌道であるため衛星が地球表面に対して移動することである。【０００７】
例えばメガコンステレーションを構成する衛星に中継されて通信する場合には、異なる衛星で中継される通信回線への切替が多く発生する。そのため、通信回線の切替時に通信できない期間を無くするか短くすることが必要である。【０００８】
この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、異なる衛星で中継される通信回線への切替時に通信できない期間を無くすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る通信装置は、電波を受信して素子受信信号を出力する複数の素子受信アンテナを有する受信アンテナと、複数の素子受信信号を処理して、電子的に変更できる主受信方向からの主受信周波数の受信信号を出力し、かつ主受信方向とは独立に電子的に変更できる副受信方向からの主受信周波数とは異なる副受信周波数の受信信号を出力する素子受信信号処理部と、素子送信信号がそれぞれ入力されて電波を送信する複数の素子送信アンテナを有する送信アンテナと、主送信周波数の送信信号および主送信周波数とは異なる副送信周波数の送信信号が入力されて、電子的に変更できる主送信方向へ主送信周波数の電波を送信アンテナが送信し、かつ主送信方向とは独立に電子的に変更できる副送信方向へ副送信周波数の電波を送信アンテナが送信するように、複数の素子送信アンテナにそれぞれ入力される複数の素子送信信号を生成する素子送信信号生成部と、割当てられた主通信回線および主通信回線で通信中に割当てられた副通信回線のどちらかで送受信される信号をそれぞれ変復調する２個の変復調部と、素子受信信号処理部、素子送信信号生成部および２個の変復調部を制御する制御部とを備える。
制御部は、主通信回線で通信している、決められた通信可能下限値以上の強度で受信できる電波を送信する衛星である通信可能衛星である主衛星を主受信方向および主送信方向で追尾して通信相手と通信し、かつ衛星が送信するビーコン信号の周波数であるビーコン周波数を副受信周波数に設定して副受信方向を指向方向の決められた範囲である探索範囲で変化させて主衛星とは異なる通信可能衛星を検出する探索モード、探索モードで検出された通信可能衛星である副衛星で中継される副通信回線で通信相手と通信できるように設定する回線設定モード、回線設定モードで副通信回線が設定できて、主衛星を主受信方向および主送信方向で追尾して主通信回線で通信相手と通信し、かつ副衛星を副受信方向および副送信方向で追尾して副通信回線で通信相手と通信する二回線モードを切替えるように制御し、二回線モードからは探索モードに変化する。【００１０】
この発明に係る通信方法は、電波を受信して素子受信信号を出力する複数の素子受信アンテナを有する受信アンテナと、複数の素子受信信号を処理して、電子的に変更できる主受信方向からの主受信周波数の受信信号を出力し、かつ主受信方向とは独立に電子的に変更できる副受信方向からの主受信周波数とは異なる副受信周波数の受信信号を出力する素子受信信号処理部と、素子送信信号がそれぞれ入力されて電波を送信する複数の素子送信アンテナを有する送信アンテナと、主送信周波数の送信信号および主送信周波数とは異なる副送信周波数の送信信号が入力されて、電子的に変更できる主送信方向へ主送信周波数の電波を送信アンテナが送信し、かつ主送信方向とは独立に電子的に変更できる副送信方向へ副送信周波数の電波を送信アンテナが送信するように、複数の素子送信アンテナにそれぞれ入力される複数の素子送信信号を生成する素子送信信号生成部と、割当てられた主通信回線および主通信回線で通信中に割当てられた副通信回線のどちらかで送受信される信号をそれぞれ変復調する２個の変復調部と、素子受信信号処理部、素子送信信号生成部および２個の変復調部を制御する制御部とを備えた通信装置を用いて通信相手と通信する通信方法である。
主通信回線で通信している、決められた通信可能下限値以上の強度で受信できる電波を送信する衛星である通信可能衛星である主衛星を主受信方向および主送信方向で追尾して通信相手と通信し、かつ衛星が送信するビーコン信号の周波数であるビーコン周波数を副受信周波数に設定して副受信方向を指向方向の決められた範囲である探索範囲で変化させて主衛星とは異なる通信可能衛星を検出する探索手順と、探索手順で検出された通信可能衛星である副衛星で中継される副通信回線を通信相手と通信できるように設定する回線設定手順、回線設定手順で副通信回線が設定できて、主衛星を主受信方向および主送信方向で追尾して主通信回線で通信相手と通信し、かつ副衛星を副受信方向および副送信方向で追尾して副通信回線で通信相手と通信する二回線通信手順と、二回線通信手順と並行して実行される二回線通信手順を継続して実行するかどうかチェックする二回線通信継続チェック手順とを備える。
二回線通信継続チェック手順で二回線通信手順を継続しないと判定した場合に、二回線通信手順から探索手順に変化する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、異なる衛星で中継される通信回線への切替時に通信できない期間を無くすことできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係る通信装置が通信する際の状況の例を説明する図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る通信装置の構成を説明するブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る通信装置のハードウェア構成の例を説明する概略構成図である。
【図４】実施の形態１に係る通信装置のハードウェア構成の変形例を説明する概略構成図である。
【図５】実施の形態１に係る通信装置が衛星をハンドオーバする際の動作モードの変化を例により説明する図である。
【図６】実施の形態１に係る通信装置の各動作モードでのアンテナの使用状況を例により説明する図である。
【図７】実施の形態１に係る通信装置の状態の変化を説明する状態遷移図である。
【図８】実施の形態１に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】実施の形態１に係る通信装置では受信信号強度が大きくなる通信回線が使用できない航跡の例を示す図である。
【図１０】図９に示す航跡の例での実施の形態１に係る通信装置の受信信号強度の変化を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る通信装置の構成を説明するブロック図である。
【図１２】実施の形態２に係る通信装置の状態の変化を説明する状態遷移図である。
【図１３】実施の形態２に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１４】図９に示す航跡の例での実施の形態２に係る通信装置の受信信号強度の変化を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る通信装置の構成を説明するブロック図である。
【図１６】実施の形態３に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１７】この発明の実施の形態４に係る通信装置の構成を説明するブロック図である。
【図１８】実施の形態４に係る通信装置の状態の変化を説明する状態遷移図である。
【図１９】実施の形態４に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。
【図２０】実施の形態４に係る通信装置でハンドオーバできない状況を早く検出できる航跡の例を示す図である。
【図２１】図２０に示す航跡の例での実施の形態４に係る通信装置の受信信号強度の変化を示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態５に係る通信装置の構成を説明するブロック図である。
【図２３】実施の形態５に係る通信装置の動作モードでのアンテナの使用状態を例により説明する図である。
【図２４】実施の形態５に係る通信装置の状態の変化を説明する状態遷移図である。
【図２５】実施の形態５に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１により、この発明に係る通信装置が通信する際の状況の例を説明する。通信装置４０(図５に図示)は航空機７０に搭載されている。通信装置４０は、地上の通信相手７１と衛星８１、衛星８２および衛星８３に中継されて通信する。通信相手７１は、航空機や船舶や自動車などの移動体に搭載されていてもよい。図１に示す例では、衛星通信システム１００は、低軌道の数千個の衛星を全地球上に均等に配置している。すべての地球表面およびその決められた高度までの上空に存在する各空間点から見て、通信可能な衛星が常に１個以上は存在するように複数の衛星が配置されている。衛星通信システム１００を利用して通信する場合には、通信装置４０は自分の近くに存在する衛星８１にアンテナを向けて電波を送受信する。通信相手７１も、通信相手７１の近くに存在する衛星８３にアンテナを向けて電波を送受信する。衛星８１と衛星８３の間は、衛星通信システム１００側で通信ルートを決める。図１では、中継する衛星の数が３個である場合で示している。通信ルート上の衛星の数は、１個または２個、あるいは４個以上である場合もある。
【００１４】
高度が数千ｋｍ程度である低軌道で地球を周回する衛星は、２時間程度で地球を周回する。そのため、通信装置４０が移動しなくても、数分ごとに電波を送受信する衛星を変更する必要がある。地上に設置された地上局では、その地上局に最も近い衛星が時間の推移によりどのように変化するかは決まっている。そのため、自局に最も近い衛星を自動で切り替えて通信するアンテナの運用パターンを決めておくことができる。地上局では、予め決められた運用パターンにしたがってアンテナを動作させて、常時、衛星通信システム１００を利用して通信できる。
【００１５】
航空機７０などの移動体に搭載された通信装置４０では、移動体の位置が時々刻々と変化し、その姿勢も変化する。そのため、移動体に搭載された通信装置４０では、アンテナの運用パターンを予め決めておくことはできない。通信装置４０は、航空機７０の移動に伴い通信可能な衛星を見つけて、見つけた衛星に切替えて通信を継続する。通信装置４０は、中継する衛星を切替える（ハンドオーバと呼ぶ）際に、使用中と切替後の２個の衛星で並行して中継されて通信相手７１と通信する期間を設ける。そうすることで、通信装置４０は、ハンドオーバ時に通信できない期間を無くしている。通信装置４０に送信するデータを与え、通信装置４０が受信したデータを受け取る装置を主装置４４（図３に図示）と呼ぶ。
【００１６】
図２および図３を参照して、通信装置４０の構成を説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る通信装置の構成を説明するブロック図である。図３は、実施の形態１に係る通信装置のハードウェア構成の例を説明する概略構成図である。通信装置４０は、複数の素子受信アンテナ１を有する受信アンテナ２、複数の素子送信アンテナ３を有する送信アンテナ４、素子受信信号処理部５、信号強度計測部７Ａ、７Ｂ、素子送信信号生成部６、２個の変復調部８Ａ、８Ｂ、受信切替回路９、送信切替回路１０、制御部１１、電源１２を有する。
【００１７】
受信アンテナ２と送信アンテナ４は、ＡＳＥＡ式のアンテナである。素子受信アンテナ１および素子送信アンテナ３は、例えば円形の開口面を有するパッチアンテナである。素子受信アンテナ１を例えば等間隔に配列して受信アンテナ２を構成する。受信アンテナ２の下に薄型の素子受信信号処理部５を配置する。また、素子送信アンテナ３を例えば等間隔に配列して送信アンテナ４を構成する。送信アンテナ４の下に薄型の素子送信信号生成部６を配置する。
【００１８】
素子受信信号処理部５は、２個の出力端子１３Ａ、１３Ｂと、２個の合成回路１４Ａ、１４Ｂと、１個の素子受信アンテナ１に対して２個ずつ設けられた受信モジュール１５Ａ、１５Ｂとを有する。受信モジュール１５Ａ、１５Ｂには、素子受信アンテナ１が電波を受信して生成する素子受信信号が入力される。複数の受信モジュール１５Ａが出力する信号は、合成回路１４Ａで合成されて出力端子１３Ａから出力される。複数の受信モジュール１５Ｂが出力する信号は、合成回路１４Ｂで合成されて出力端子１３Ｂから出力される。
【００１９】
信号強度計測部７Ａは、素子受信信号処理部５の出力端子１３Ａが出力する受信信号の強度である受信信号強度５１Ａを計測する。信号強度計測部７Ｂは、出力端子１３Ｂが出力する受信信号の強度である受信信号強度５１Ｂを計測する。
【００２０】
素子送信信号生成部６は、２個の入力端子１６Ａ、１６Ｂと、２個の分配回路１７Ａ、１７Ｂと、１個の素子送信アンテナ３に対して２個ずつ設けられた送信モジュール１８Ａ、１８Ｂとを有する。入力端子１６Ａに入力される送信信号は、分配回路１７Ａで分配されて複数の送信モジュール１８Ａに入力される。入力端子１６Ｂに入力される送信信号は、分配回路１７Ｂで分配されて複数の送信モジュール１８Ｂに入力される。送信モジュール１８Ａ、１８Ｂが出力する素子送信信号はともに素子送信アンテナ３に入力される。素子送信アンテナ３は入力される素子送信信号を電波として空間に放射する。
【００２１】
図３を参照して、通信装置４０のハードウェア構成を説明する。通信装置４０は、受信アンテナ２、送信アンテナ４、素子受信信号処理部５、信号強度計測部７Ａ、７Ｂ、および信号処理装置４１を有する。信号処理装置４１は、変復調部８Ａ、８Ｂ、受信切替回路９、送信切替回路１０および制御部１１の処理を実行する電子計算機である。受信切替回路９および送信切替回路１０は、信号処理装置４１とは別のハードウェアで実現してもよい。図３などの概略構成図では、通信される信号の流れる信号線を実線で示し、制御信号の流れる制御信号線を点線で表す。
【００２２】
信号処理装置４１は、ＣＰＵ４２、メモリ部４３などを含む電子計算機により実装される。メモリ部４３は、ＣＰＵ４２で実行されるプログラムや処理に使用するデータあるいは処理の結果で得られるデータなどを記憶する。メモリ部４３は、フラッシュメモリのような半導体メモリおよびハードディスクである。メモリ部４３は、揮発性の記憶装置および不揮発性の記憶装置を含む。電子計算機は、複数のＣＰＵ４２を備えるものでもよい。変復調部８Ａ、８Ｂおよび制御部１１を、それぞれ別のＣＰＵ４２で実行させてもよい。変復調部８Ａ、８Ｂ、受信切替回路９、送信切替回路１０および制御部１１は、メモリ部４３に記憶した専用プログラムをＣＰＵ４２で実行させることにより実現する。
変復調部８Ａ、８Ｂは、ＦＰＧＡ(field-programmable gate array)などのプログラマブルロジックデバイス(programmable logic device: PLD)で実装してもよい。変復調部を、変調部と復調部に分けて設けてもよい。
【００２３】
信号処理装置４１には、送信アンテナ４が送信する送信データが主装置４４から入力される。信号処理装置４１は、受信アンテナ２が受信する受信データを主装置４４へ出力する。航空機７０の姿勢が変化しても受信アンテナ２および送信アンテナ４が衛星８１の方向を向くように制御するため、航空機７０の姿勢角（ヨー角、ロール角、ピッチ角）が入力される。航空機７０の姿勢角は、航空機７０の慣性航法装置４５が計測する。
【００２４】
信号処理装置４１には、素子受信信号処理部５の出力端子１３Ａ、１３Ｂから受信信号が入力される。信号処理装置４１は、２系列で入力される受信信号を復調して受信データを生成する。信号処理装置４１は、復調した受信データを主装置４４に出力する。受信アンテナ２が２方向から受信する受信信号を生成できるように、素子受信信号処理部５は２系列の受信モジュール１５Ａ、１５Ｂを有する。２系列の受信モジュール１５Ａ、１５Ｂを制御するために、２系列の制御信号線４６Ａ、４６Ｂが、信号制御装置４１と素子受信信号処理部５との間を結ぶ。
【００２５】
信号処理装置４１は、主装置４４から入力される送信データを変調して、２系列の送信信号を生成する。２系列の送信信号は、素子送信信号生成部６の入力端子１６Ａ、１６Ｂにそれぞれ入力される。素子送信信号生成部６は、入力端子１６Ａ、１６Ｂにそれぞれ入力される送信信号を送信アンテナ４から別の２方向に電波として放射できるように、２系列の送信モジュール１８Ａ、１８Ｂを有する。２系列の送信モジュール１８Ａ、１８Ｂを制御するために、２系列の制御信号線４７Ａ、４７Ｂが、信号制御装置４１と素子送信信号生成部６との間を結ぶ。
【００２６】
変復調部８Ａ、８Ｂ、受信切替回路９および送信切替回路１０を専用のハードウェアで実装して、制御部１１だけを電子計算機で実装してもよい。その場合の概略構成図を図４に示す。図４は、実施の形態１に係る通信装置のハードウェア構成の変形例を説明する概略構成図である。なお、図４に示すハードウェア構成は変形例であり、以下の説明では図３のハードウェア構成の場合で説明する。変形例では、制御部１１は、メモリ部４３に記憶した専用プログラムをＣＰＵ４２で実行させることにより実現する。
【００２７】
図４に示す通信装置４０Ｘでは、変復調部８ＸＡ、８ＸＢと制御部１１Ｘとは、受信切替回路９Ｘと送信切替回路１０Ｘを介してデータをやり取りする。受信切替回路９Ｘは、変復調部８ＸＡ、８ＸＢが復調した受信データを主装置４４に出力する。さらに、回線設定のための通信で使用される系列の変復調部８ＸＡ、８ＸＢが復調した受信データを、制御部１１Ｘに出力する。送信切替回路１０Ｘは、主装置４４からの送信データを変復調部８ＸＡ、８ＸＢのどちらかまたは両方に入力するかを切替える。さらに、回線設定のために制御部１１Ｘが出力する送信データを、回線設定のための通信で使用される系列の変復調部８ＸＡ、８ＸＢに入力する。
【００２８】
制御部１１Ｘは、制御信号線４８Ａ、４８Ｂにより、変復調部８ＸＡ、８ＸＢが変調するか復調するかをそれぞれ制御する。制御部１１Ｘは、制御信号線４９により受信切替回路９Ｘを制御し、制御信号線５０により送信切替回路１０Ｘを制御する。
【００２９】
変復調部８Ａは、素子受信信号処理部５の出力端子１３Ａと素子送信信号生成部６の入力端子１６Ａに接続する。変復調部８Ａは、素子受信信号処理部５の出力端子１３Ａから出力される受信周波数ｆＡｒの受信信号を復調し、入力される信号を変調して送信周波数ｆＡｓの送信信号として素子送信信号生成部６の入力端子１６Ａに出力する。受信周波数ｆＡｒと送信周波数ｆＡｓとで１個の通信回線になる。受信周波数ｆＡｒと送信周波数ｆＡｓを使用する通信回線を、系列Ａの通信回線と呼ぶ。系列Ａの通信回線で使用される衛星を、衛星８０Ａと表記する。変復調部８Ａ、出力端子１３Ａ、合成回路１４Ａ、受信モジュール１５Ａ、入力端子１６Ａ、分配回路１７Ａ、送信モジュール１８Ａも、系列Ａの装置および機器である。
【００３０】
変復調部８Ｂは、素子受信信号処理部５の出力端子１３Ｂと素子送信信号生成部６の入力端子１６Ｂに接続する。変復調部８Ｂは、出力端子１３Ｂから出力される受信周波数ｆＢｒの受信信号を復調し、入力される信号を変調して送信周波数ｆＢｓの送信信号として入力端子１６Ｂに出力する。受信周波数ｆＢｒと送信周波数ｆＢｓとで１個の通信回線になる。受信周波数ｆＢｒと送信周波数ｆＢｓを使用する通信回線を、系列Ｂの通信回線と呼ぶ。系列Ｂの通信回線で使用される衛星を、衛星８０Ｂと表記する。変復調部８Ｂ、出力端子１３Ｂ、合成回路１４Ｂ、受信モジュール１５Ｂ、入力端子１６Ｂ、分配回路１７Ｂ、送信モジュール１８Ｂも、系列Ｂの装置および機器である。
【００３１】
受信切替回路９は、変復調部８Ａ、８Ｂが復調した信号のどちらかを通信装置４０が受信した受信データとして主装置４４に出力する。変復調部８Ａ、８Ｂが復調した信号の両方を出力し、主装置４４がどちらかまたは両方を使用するか判断してもよい。送信切替回路１０は、主装置４４から通信装置４０に入力される送信データを、変復調部８Ａ、８Ｂのどちらかまたは両方に入力する。
【００３２】
制御部１１は、素子受信信号処理部５、素子送信信号生成部６、２個の変復調部８Ａ、８Ｂ、受信切替回路９、送信切替回路１０を制御する。制御部１１には、受信信号強度５１Ａ、５１Ｂと、変復調部８Ａ、８Ｂが復調した信号と、航空機７０の姿勢角（ヨー角、ロール角、ピッチ角）が入力される。また、アンテナの指向方向誤差を通信装置４０の外部で判断する場合は、指向方向誤差も入力される。
制御部１１が出力する制御信号については、後で説明する。
【００３３】
電源１２は、素子受信信号処理部５、素子送信信号生成部６、２個の変復調部８Ａ、８Ｂ、制御部１１などに電力を供給する。
【００３４】
素子受信信号処理部５は、それぞれの素子受信アンテナ１が出力する素子受信信号を、素子受信アンテナ１ごとに位相を変化させて合成する。位相の変化量は、その素子受信アンテナ１の受信アンテナ２全体の中での位置と受信周波数に応じて決められる。複数の素子受信信号の位相を変化させて合成することで、受信アンテナ２は指向性を持ち、指向方向（受信方向）からの電波を受信することができる。受信アンテナ２は、静止したままでその指向方向を変化させることができる。アンテナが静止したままで指向方向を変化させることを、電子的に指向方向を変化させるという。電子的に指向方向を変化させるため、受信モジュール１５Ａは、移相器１９Ａと増幅器２０Ａを有する。受信モジュール１５Ｂは、移相器１９Ｂと増幅器２０Ｂを有する。
【００３５】
素子受信信号処理部５は、受信モジュール１５Ａ、１５Ｂと２系列を有する。受信モジュール１５Ａは、受信周波数ｆＡｒの受信信号の指向方向を電子的に変更できる。受信モジュール１５Ｂは、受信周波数ｆＡｒとは異なる受信周波数ｆＢｒの受信信号の指向方向を、受信周波数ｆＡｒの受信信号の指向方向とは独立に電子的に変更できる。移相器１９Ａで位相を変化させる量(位相変化量)と、増幅器２０Ａの増幅率とを、制御信号線４６Ａを介して制御部１１は制御する。移相器１９Ｂの位相変化量と、増幅器２０Ｂの増幅率とを、制御信号線４６Ｂを介して制御部１１は制御する。
【００３６】
複数の素子送信アンテナ３のそれぞれが放射する電波の位相を制御することで、送信アンテナ４は決められた指向方向（送信方向）に電波を放射できる。各素子送信アンテナ３に入力する素子送信信号の位相は、その素子送信アンテナ３の送信アンテナ４全体の中での位置と送信周波数に応じて決められる。素子送信信号生成部６は、送信周波数ｆＡｓの電波と、送信周波数ｆＡｓとは異なる送信周波数ｆＢｓの電波とを、送信アンテナ４がそれぞれ独立に電子的に指向方向を変更して送信できるような素子送信信号を、生成する。生成された素子送信信号を、対応する素子送信アンテナ３が電波として空間に放射する。
【００３７】
２方向に独立に送信できるように、素子送信信号生成部６は、送信モジュール１８Ａ、１８Ｂという２系列の送信モジュールを有する。送信周波数ｆＡｓの送信信号を処理する送信モジュール１８Ａは、移相器２１Ａと増幅器２２Ａを有する。送信周波数ｆＢｓの送信信号を処理する送信モジュール１８Ｂは、移相器２１Ｂと増幅器２２Ｂを有する。移相器２１Ａでの位相変化量と、増幅器２２Ａの増幅率とを、制御信号線４７Ａを介して制御部１１は制御する。移相器２１Ｂでの位相変化量と、増幅器２２Ｂの増幅率とを、制御信号線４７Ｂを介して制御部１１は制御する。
【００３８】
通信装置４０が通信に使用できる二回線の中で、１回線目に割当てられて通信できるように設定される通信回線を主通信回線と呼ぶ。主通信回線で通信中に割当てられて通信できるように設定される通信回線を副通信回線と呼ぶ。主通信回線で通信するための系列を主系列と呼び、副通信回線で通信するための系列を副系列と呼ぶ。副系列は、系列Ａまたは系列Ｂの中で主系列でない系列である。通信装置４０が主系列で電波を送受信する衛星を主衛星と呼び、副系列で電波を送受信する衛星を副衛星と呼ぶ。主通信回線で使用する受信周波数および送信周波数を主受信周波数および主送信周波数と呼び、副通信回線で使用する受信周波数および送信周波数を副受信周波数および副送信周波数と呼ぶ。副受信周波数は主受信周波数とは異なり、副送信周波数は主送信周波数とは異なる。受信アンテナ２で、主受信周波数の受信信号を受信する方向を主受信方向と呼び、副受信周波数の受信信号を受信する方向を副受信方向と呼ぶ。送信アンテナ４で、主送信周波数の送信信号を送信する方向を主送信方向と呼び、副送信周波数の送信信号を送信する方向を副送信方向と呼ぶ。
【００３９】
制御部１１の構成を説明する。制御部１１は、回線管理部２３と、周波数制御部２４と、通信制御部２５と、受信モジュール制御部２８Ａ、２８Ｂと、送信モジュール制御部２９Ａ、２９Ｂと、追尾制御部２６Ａ、２６Ｂと、探索制御部２７Ａ、２７Ｂと、受信電力配分部３０と、送信電力配分部３１と、通信可能衛星検出部３２と、二回線通信判定部３３と、モード管理部３４と、記憶部３５と、機体姿勢取得部３６と、起動管理部３７とを有する。
【００４０】
回線管理部２３は、通信装置４０が使用する通信回線を管理する。周波数制御部２４は、変復調部８Ａ、８Ｂで変復調に使用する搬送波の周波数を決める。通信制御部２５は、変復調部８Ａ、８Ｂを通信相手７１との通信に使用するかどうかを制御する。変復調部８Ａ、８Ｂは、主通信回線および副通信回線のどちらかで送受信される信号をそれぞれ変復調する２個の変復調部である。
【００４１】
追尾制御部２６Ａは、衛星８０Ａを追尾するように系列Ａの指向方向を制御する。追尾制御部２６Ｂは、衛星８０Ｂを追尾するように系列Ｂの指向方向を制御する。探索制御部２７Ａは、通信可能衛星を探索するために系列Ａの指向方向を探索範囲で変化するように制御する。探索制御部２７Ｂは、通信可能衛星を探索するために系列Ｂの指向方向を探索範囲で変化するように制御する。系列Ａおよび系列Ｂで、送信方向は、受信方向と同じ方向になるように制御される。通信可能衛星とは、決められた通信可能下限値以上の強度で受信できる電波を送信する衛星である。通信可能下限値については、後で説明する。
【００４２】
衛星を追尾するとは、衛星からの電波が到来する方向との誤差が小さくなるように、受信アンテナ２の受信方向および送信アンテナ４の送信方向を制御することである。
【００４３】
追尾制御部２６Ａおよび探索制御部２７Ａは、系列Ａの受信方向および送信方向を制御する。追尾制御部２６Ｂおよび探索制御部２７Ｂは、系列Ｂの受信方向および送信方向を制御する。
【００４４】
受信モジュール制御部２８Ａは、系列Ａの受信方向が決められた方向になるように受信モジュール１５Ａを制御する。送信モジュール制御部２９Ａは、系列Ａの送信方向が決められた方向になるように送信モジュール１８Ａを制御する。受信モジュール制御部２８Ｂは、系列Ｂの受信方向が決められた方向になるように受信モジュール１５Ｂを制御する。送信モジュール制御部２９Ｂは、系列Ｂの送信方向が決められた方向になるように送信モジュール１８Ｂを制御する。
【００４５】
追尾制御部２６Ａ、２６Ｂ、探索制御部２７Ａ、２７Ｂ、受信モジュール制御部２８Ａ、２８Ｂおよび送信モジュール制御部２９Ａ、２９Ｂは、主系列の受信方向である主受信方向、副系列の受信方向である副受信方向、主系列の送信方向である主送信方向、および副系列の送信方向である副送信方向を制御する指向方向制御部を構成する。
【００４６】
受信電力配分部３０は、素子受信信号処理部５で使用する電力を、系列Ａの受信モジュール１５Ａと系列Ｂの受信モジュール１５Ｂにどのように配分するかを決める。素子受信信号処理部５に供給される電力は一定である。複数の受信モジュール１５Ａへの電力の合計と、複数の受信モジュール１５Ｂへの電力の合計との比率を、受信電力配分部３０は決める。受信モジュール１５Ａ、１５Ｂは、どちらか一方が主系列であり他方が副系列である。受信電力配分部３０は、主系列すなわち主受信周波数の受信信号の処理に用いる電力である主受信電力を決める。さらに、受信電力配分部３０は、副系列すなわち副受信周波数の受信信号の処理に用いる電力である副受信電力を決める。
【００４７】
送信電力配分部３１は、素子送信信号生成部６で使用する電力を、系列Ａの送信モジュール１８Ａと系列Ｂの送信モジュール１８Ｂにどのように配分するかを決める。素子送信信号生成部６に供給される電力は一定である。複数の送信モジュール１８Ａへの電力の合計と、複数の送信モジュール１８Ｂへの電力の合計との比率を、受信電力配分部３０は決める。送信モジュール１８Ａ、１８Ｂは、どちらかが主系列でありもう一方が副系列である。送信電力配分部３１は、主系列すなわち主送信周波数の送信信号の生成に用いる電力である主送信電力および副系列すなわち副送信周波数の送信信号の生成に用いる電力である副送信電力を決める。
【００４８】
通信可能衛星検出部３２は、後で説明する探索モーとおよび初期探索モードで探索制御部２７Ａ、２７Ｂが指向方向を変更している間に、通信可能衛星を検出する。二回線通信判定部３３は、系列Ａ、系列Ｂでともに通信している場合に、系列Ａおよび系列Ｂという２系列の通信回線で通信することを継続するかどうかを決める。モード管理部３４は、後で説明する動作モードを管理する。記憶部３５は、通信装置４０が動作するために必要なデータを記憶する。機体姿勢取得部３６は、慣性航法装置４５から入力される航空機７０の姿勢角を機体姿勢データ５２として、記憶部３５に記憶する。起動管理部３７は各処理部の起動と停止を管理する。記憶部３５に記憶するデータは、後で説明する。
【００４９】
通信装置４０は、大きく分けて、以下の６つの動作モードを有する。各処理部は、動作モードに応じた処理を実行する。動作モードを表すデータである動作モード５３は、記憶部３５に記憶される。
停止モード：通信装置４０が通信していない状態。
初期探索モード：通信装置４０が通信相手７１と通信するための最初の段階であり、１個目の通信回線を設定するために通信可能衛星を探索している状態。
初期回線設定モード：１個目の衛星(主衛星)が見つかり、通信相手７１との間に１個目の通信回線(主通信回線)を通信可能になるように設定している状態。
探索モード：主通信回線で通信相手７１と通信中であり、通信相手７１との間に２個目の通信回線を設定するために、通信可能衛星を探索している状態。
回線設定モード：２個目の衛星(副衛星)が見つかり、通信相手７１との間に２個目の通信回線(副通信回線)を通信可能になるように設定している状態。
二回線モード：主通信回線および副通信回線で通信相手７１と通信中である状態。
【００５０】
初期探索モードおよび初期回線設定モードは、通信開始時にだけとる動作モードである。通信相手７１と通信中は、探索モード、回線設定モードおよび二回線モードのどれかをとる。
【００５１】
初期探索モードおよび探索モードでの衛星の探索では、衛星が発信する衛星を識別する情報を含むビーコン信号を検出する。そのために、探索に使用する系列の受信周波数を、ビーコン信号の周波数であるビーコン周波数に設定する。初期探索モードは主系列の指向方向を変化させ、探索モードは副系列の指向方向を変化させる。
【００５２】
初期探索モードおよび探索モードで、通信可能衛星を探索する探索範囲は、例えば方位角が３６０度、仰角が０度から９０度の範囲である。探索制御部２７Ａ、２７Ｂのどちらかの系列の探索制御部２７を、通信可能衛星を探索するのに使用する。ここで、探索制御部２７は、探索制御部２７Ａ、２７Ｂのどちらか１個の探索制御部を意味する。実際に探索制御部２７Ａ、２７Ｂのどちらが使用されるかは、主系列が系列Ａか系列Ｂかで変化する。追尾制御部２６なども、同様に系列Ａまたは系列Ｂのどちらか１個を意味する。
初期探索モードおよび探索モードで、探索で使用される系列の探索制御部２７が、受信アンテナ２の指向方向を、探索範囲で最初は粗くほぼ均等な密度で変化させる。ビーコン信号の信号強度が閾値以上である方向が検出できれば、その方向の近傍を細かく探索する。ただし、探索モードでは、主衛星が存在する方向の近傍では、ビーコン信号の信号強度が閾値以上であっても、その近傍を細かく探索することはしない。
どちらかの系列の探索制御部２７が、以下の２つの情報を求める。
（ア）ビーコン信号の信号強度が閾値以上である方向が存在するかどうか。
（イ）存在する場合は、信号強度が閾値以上である方向の近傍の決められた範囲内で信号強度が最大になる方向。
信号強度が閾値以上である方向が存在しない場合は、通信可能衛星が発見できないことになる。信号強度が閾値以上である方向が存在する場合は、通信可能衛星が発見できたことになる。
【００５３】
航空機７０の姿勢角も考慮して、航空機７０の高度で地球の中心からの距離が一定になる仮想的な球を考え、その球に接する平面よりも地球から遠い側だけを探索するようにしてもよい。仮想的な球に接する平面よりも地球側の方向では通信可能衛星を検出できないので、検出できない範囲を探索しないようにして探索範囲すべてを粗く探索する時間を短くできる。
【００５４】
ＡＥＳＡ式である受信アンテナ２および送信アンテナ４の指向方向を走査する速度は、例えば、９０°/sec以上である。１回の探索に要する時間は数秒程度とする。探索モードで通信可能衛星を発見できない場合は、決められた周期で探索を繰り返す。
【００５５】
探索モードで通信可能衛星を発見できた場合は、回線設定モードに動作モードを変更する。回線設定モードでは、受信アンテナ２および送信アンテナ４の副系列の指向方向を、探索モードで求めた通信可能衛星が存在する方向に設定する。回線設定モードでは、回線管理部２３が副系列で回線管理局と通信して通信回線を設定する。回線管理局のように通信回線を管理して要求に応じて割り当てる装置は、衛星通信システムごとに決められる。また、回線管理部２３が探索モードで回線管理局と通信する際には、回線割当制御で使用される受信周波数および送信周波数を副系列の受信周波数および送信周波数に設定する。初期探索モードでは、主系列の受信周波数および送信周波数に設定する。
【００５６】
図５を参照して、通信装置４０が衛星をハンドオーバする際に動作モードをどのように変化させるかを例により説明する。図５の上部に衛星の通信可能範囲(ビーム範囲)と航空機７０の位置関係を示す。図５の上部は、地球の中心に対して遠い側から地球の中心へ向う方向を見た図である。低軌道衛星の場合は、地球表面に対して衛星が移動するので、そのビーム範囲も移動する。図５では分りやすくするために、衛星のビーム範囲が移動せず、航空機７０が航跡７５で移動するように表現する。３個の衛星８１、８４、８５のビーム範囲９１、９４、９５を、それぞれ楕円で表す。
【００５７】
航空機７０が空間点Ｐ１に存在する場合は、衛星８１のビーム範囲９１だけに航空機７０が入っている。空間点Ｐ１では系列Ａが主系列であり、系列Ｂが副系列であるとする。通信装置４０が、探索モードで動作する。探索モードでは、通信装置４０が、主系列である受信ビーム７２Ａおよび送信ビーム７３Ａを使用して、衛星８１で中継される主通信回線で通信相手７１と通信する。同時に通信装置４０は、副系列の受信ビーム７２Ｂで通信可能衛星を探索する。
【００５８】
航空機７０が空間点Ｐ２に移動すると、通信装置４０が衛星８４のビーム範囲９４の内部に入る。空間点Ｐ２では、副系列の受信ビーム７２Ｂで衛星８４が発信するビーコン信号を検出する。通信装置４０は、探索モードから回線設定モードに変化する。回線設定モードでは、通信装置４０は、主系列である受信ビーム７２Ａおよび送信ビーム７３Ａで衛星８１と電波を送受信して、衛星８１で中継される主通信回線で通信相手７１と通信する。同時に、通信装置４０は、副系列である受信ビーム７２Ｂおよび送信ビーム７３Ｂで衛星８４と電波を送受信して、衛星８４で中継される副通信回線で回線管理局と通信する。回線設定時の副通信回線は、回線設定用の専用回線など衛星通信システム１００により決まる通信回線を使用する。回線設定モードが終了し副通信回線が設定された後で、航空機７０が空間点Ｐ３に存在する。空間点Ｐ３では、通信装置４０は、衛星８１で中継される主通信回線および衛星８４で中継される副通信回線で並行して通信する二回線モードで動作する。
【００５９】
航空機７０が空間点Ｐ４に移動すると、通信装置４０が衛星８１のビーム範囲９１から出て、衛星８１は通信可能衛星ではなくなる。通信装置４０は、衛星８１で中継される主通信回線では通信できなくなる。通信装置４０は、衛星８４を副衛星から主衛星に変更し、副系列であった系列Ｂを主系列に変更する。系列Ａは副系列になり、系列Ａで通信可能衛星を探索する探索モードで動作する。空間点Ｐ４から動作する探索モードでは、通信装置４０は、主系列である受信ビーム７２Ｂおよび送信ビーム７３Ｂにより衛星８４で中継される主通信回線で通信する。同時に通信装置４０は、副系列である受信ビーム７２Ａで通信可能衛星を探索する。
【００６０】
探索モードで衛星８５が見つかると、回線設定モードを経て二回線モードになる。空間点Ｐ５は、衛星８４のビーム範囲９４および衛星８５のビーム範囲９５の内部である。空間点Ｐ５では、通信装置４０は、系列Ｂを主系列とする二回線モードで動作する。通信装置４０は、主系列である受信ビーム７２Ｂおよび送信ビーム７３Ｂで衛星８４と電波を送受信して、衛星８４で中継される主通信回線で通信相手７１と通信する。同時に、通信装置４０は、副系列である受信ビーム７２Ａおよび送信ビーム７３Ａで衛星８５と電波を送受信して、衛星８５で中継される副通信回線で通信相手７１と通信する。
【００６１】
図５に示すように、衛星８１から衛星８４にハンドオーバする際に、衛星８１と衛星８４の両方に中継されて通信する期間を経て、衛星８４だけに中継されて通信相手７１と継続して通信する。そのため、通信装置４０では、ハンドオーバ時に通信相手７１と通信できない期間が発生しない。衛星８４から衛星８５にハンドオーバする際にも、通信装置４０が通信相手７１と通信できない期間が発生しない。
【００６２】
図６を参照して、通信装置４０の各動作モードでのアンテナの使用状況を例により説明する。図６の上部に、探索モードでの受信アンテナ２と送信アンテナ４の主系列と副系列での電力配分を示す。受信アンテナ２では、主系列に９０％の電力を配分し、副系列には１０％の電力を配分する。送信アンテナ４では、主系列に１００％の電力を配分し、副系列には０％の電力を配分する。受信アンテナ２の副系列の電力配分は、通信可能衛星を発見できる電力以上であればよい。受信アンテナ２の副系列の電力配分を、１０％とは異なる値にしてもよい。送信アンテナ４の副系列は、探索モードでは動作させる必要がないので、電力配分を０％とする。
【００６３】
図６の下部に、回線設定モードおよび二回線モードでの電力配分を示す。回線設定モードおよび二回線モードでは、受信アンテナ２では、主系列および副系列に５０％の電力を配分する。送信アンテナ４でも、主系列および副系列に５０％の電力を配分する。主系列と副系列の電力配分は、５０％と５０％の等分でなくてもよい。受信アンテナ２と送信アンテナ４とで、主系列と副系列の電力の配分率が異なってもよい。回線設定モードおよび二回線モードでは、副系列で副衛星との通信が継続できる電力が確保でき、かつ主系列の電力が副系列の電力以上であれば、主系列と副系列の電力は自由に配分してよい。
【００６４】
記憶部３５が記憶するデータについて説明する。記憶部３５は、動作モード５３、主系列５４、通信中衛星５５Ａ、５５Ｂ、受信回線周波数５６Ａ、５６Ｂ、送信回線周波数５７Ａ、５７Ｂ、受信周波数５８Ａ、５８Ｂ、送信周波数５９Ａ、５９Ｂ、機体姿勢データ５２、指向方向６０Ａ、６０Ｂ、受信信号強度５１Ａ、５１Ｂ、探索パターン６１を記憶する。
【００６５】
動作モード５３は、探索モード、二回線モードなどの通信装置４０の動作状態を表す動作モードを記録するデータである。主系列５４は、主系列が系列Ａか系列Ｂかを記録するデータである。モード管理部３４が、動作モードおよび主系列を決めて動作モード５３および主系列５４に書き込む。
【００６６】
通信中衛星５５Ａ、５５Ｂ、受信回線周波数５６Ａ、５６Ｂ、送信回線周波数５７Ａ、５７Ｂは、回線管理部２３が新たな通信回線を設定する際に、設定した通信回線に関するデータを記録する。通信中衛星５５Ａ、５５Ｂには、系列Ａ、系列Ｂで通信している衛星を識別する情報がそれぞれ記録される。系列Ａまたは系列Ｂが衛星と通信していない場合は、通信中衛星５５Ａ、５５Ｂには、通信する衛星が存在しないことを表すデータが設定される。
【００６７】
受信回線周波数５６Ａ、５６Ｂには、系列Ａまたは系列Ｂで使用するように割当てられた通信回線の受信周波数を設定する。送信回線周波数５７Ａ、５７Ｂには、系列Ａまたは系列Ｂで使用するように割当てられた通信回線の送信周波数を設定する。系列Ａに通信回線が割当てられていない時は、受信回線周波数５６Ａおよび送信回線周波数５７Ａには、通信回線が割当てられていないことを表すデータ（未割当値）を設定する。系列Ｂに通信回線が割当てられていない時は、受信回線周波数５６Ｂおよび送信回線周波数５７Ｂには、未割当値を設定する。
【００６８】
受信周波数５８Ａおよび送信周波数５９Ａには、受信アンテナ２と送信アンテナ４とが系列Ａで送信および受信する信号の周波数をそれぞれ記録する。受信周波数５８Ｂおよび送信周波数５９Ｂには、受信アンテナ２と送信アンテナ４とが系列Ｂで送信および受信する信号の周波数をそれぞれ記録する。例えば、探索モードにおいて系列Ａで通信中である場合は、受信周波数５８Ａおよび送信周波数５９Ａには、受信回線周波数５６Ａおよび送信回線周波数５７Ａが設定される。受信周波数５８Ｂにはビーコン周波数が設定される。送信周波数５９Ｂには、使用されていないことを表すデータ（未使用値）が記録されている。
【００６９】
指向方向６０Ａは、受信アンテナ２および送信アンテナ４の系列Ａでの指向方向である。指向方向６０Ｂは、系列Ｂでの指向方向である。指向方向６０Ａは、追尾制御部２６Ａおよび探索制御部２７Ａにより設定される。指向方向６０Ｂは、追尾制御部２６Ｂおよび探索制御部２７Ｂにより設定される。
【００７０】
受信モジュール制御部２８Ａは、受信アンテナ２の系列Ａの指向方向が指向方向６０Ａになるように受信モジュール１５Ａを制御する。送信モジュール制御部２９Ａは、送信アンテナ４の系列Ａの指向方向が指向方向６０Ａになるように送信モジュール１８Ａを制御する。受信モジュール制御部２８Ｂは、受信アンテナ２の系列Ｂの指向方向が指向方向６０Ｂになるように受信モジュール１５Ｂを制御する。送信モジュール制御部２９Ｂは、送信アンテナ４の系列Ｂの指向方向が指向方向６０Ｂになるように送信モジュール１８Ｂを制御する。
【００７１】
複数の受信モジュール１５Ａ、１５Ｂを有する素子受信信号処理部５は、複数の素子受信信号を処理して、電子的に変更できる主受信方向からの主受信周波数の受信信号を出力する。さらに、素子受信信号処理部５は、複数の素子受信信号を処理して、主受信方向とは独立に電子的に変更できる副受信方向からの副受信周波数の受信信号を出力する。
【００７２】
素子受信信号処理部５は、電波の周波数よりも低い周波数である中間周波数に変換した素子受信信号を処理するようにしてもよい。受信信号をデジタル化して、デジタルの受信信号で位相を変化させるようにしてもよい。
【００７３】
複数の送信モジュール１８Ａ、１８Ｂを有する素子送信信号生成部６は、主送信周波数の送信信号および副送信周波数の送信信号が入力される。素子送信信号生成部６は、電子的に変更できる主送信方向へ主送信周波数の電波を送信アンテナが送信し、かつ主送信方向とは独立に電子的に変更できる副送信方向へ副送信周波数の電波を送信アンテナが送信するように、複数の素子送信アンテナにそれぞれ入力される複数の素子送信信号を生成する。
【００７４】
受信信号強度５１Ａ、５１Ｂには、信号強度計測部７Ａ、７Ｂが計測する受信信号強度が記録される。通信可能衛星検出部３２は、主系列５４と受信信号強度５１Ａ、５１Ｂを参照して、通信可能衛星が検出できたかどうかを判定する。二回線通信判定部３３は、受信信号強度５１Ａ、５１Ｂを参照して、二回線モードを継続するかどうかを決める。
【００７５】
主系列の信号強度計測部７は、素子受信信号処理部５が出力する主受信周波数の受信信号の強度である主信号強度を計測する主信号強度計測部である。副系列の信号強度計測部７は、素子受信信号処理部５が出力する副受信周波数の受信信号の強度である副信号強度を計測する副信号強度計測部である。
【００７６】
探索パターン６１には、探索モードで副系列の指向方向を変更するパターンが記録される。副系列の探索制御部２７は、探索パターン６１を参照して、探索パターン６１で示されるパターンで探索範囲を探索する。探索パターン６１をデータとして記録することで、探索パターンを変更することが容易になる。
【００７７】
各処理部が、どのようなデータを参照して、どのように動作するかを説明する。
回線管理部２３は、回線管理局に通信相手７１との間の通信回線の割当を要求し、割当てられた通信回線で通信装置４０が通信相手７１と通信できるように処理する。割当てられた通信回線に関するデータを、通信回線が割当てられた系列の通信中衛星５５、受信回線周波数５６、送信回線周波数５７に記録する。回線管理局と通信できるように、回線管理部２３には、一方の変復調部８が復調した信号が入力される。回線管理部２３が出力する信号が、一方の変復調部８に入力される。回線管理部２３は、動作モード５３と主系列５４に応じて、どちらかの変復調部８を使用する。回線管理部２３は、初期回線設定モードでは主系列の変復調部８を使用し、回線設定モードでは副系列の変復調部８を使用する。
【００７８】
初期回線設定モードでは、回線管理部２３は、主系列５４が系列Ａである場合は、割当てられた主通信回線のデータを、通信中衛星５５Ａ、受信回線周波数５６Ａ、送信回線周波数５７Ａに記録する。主系列５４が系列Ｂである場合は、通信中衛星５５Ｂ、受信回線周波数５６Ｂ、送信回線周波数５７Ｂに記録する。
【００７９】
回線設定モードでは、回線管理部２３は、主系列５４が系列Ａである場合は、割当てられた副通信回線のデータを、通信中衛星５５Ｂ、受信回線周波数５６Ｂ、送信回線周波数５７Ｂに記録する。主系列５４が系列Ｂである場合は、回線管理部２３は、割当てられた副通信回線のデータを、通信中衛星５５Ａ、受信回線周波数５６Ａ、送信回線周波数５７Ａに記録する。
【００８０】
周波数制御部２４は、回線管理部２３が通信回線に関するデータを書き込んだ後に、回線管理部２３が書き込んだ系列の受信回線周波数５６、送信回線周波数５７を、受信周波数５８、送信周波数５９に設定する。そうすることで、割当てられた通信回線の周波数の電波を受信アンテナ２および送信アンテナ４が送受信できるようになる。同時に、通信回線が割当てられた系列の変復調部８に、設定された受信周波数５８、送信周波数５９を通知する。
【００８１】
周波数制御部２４は、回線管理部２３が受信回線周波数５６Ａ、送信回線周波数５７Ａを設定した場合は、受信回線周波数５６Ａ、送信回線周波数５７Ａを、受信周波数５８Ａ、送信周波数５９Ａに設定する。同時に、変復調部８Ａに、受信周波数５８Ａ、送信周波数５９Ａを通知する。
【００８２】
周波数制御部２４は、回線管理部２３が受信回線周波数５６Ｂ、送信回線周波数５７Ｂを設定した場合は、受信回線周波数５６Ｂ、送信回線周波数５７Ｂを、受信周波数５８Ｂ、送信周波数５９Ｂに設定する。同時に、変復調部８Ｂに、受信周波数５８Ｂ、送信周波数５９Ｂを通知する。
【００８３】
周波数制御部２４は、初期探索モードまたは探索モードに変化するための前処理として、ビーコン周波数を探索に使用する系列の受信周波数５８に設定し、探索に使用する系列の送信周波数５９に、未使用値を書き込む。主系列５４が系列Ａである場合は、周波数制御部２４は、ビーコン周波数を受信周波数５８Ｂに設定し、送信周波数５９Ｂに未使用値を書き込む。主系列５４が系列Ｂである場合は、周波数制御部２４は、ビーコン周波数を受信周波数５８Ａに設定し、送信周波数５９Ａに未使用値を書き込む。
【００８４】
周波数制御部２４は、回線設定モードに変化するための前処理として、回線割当制御で使用される受信周波数および送信周波数を副系列の受信周波数５８および送信周波数５９に設定する。初期回線設定モードに変化する場合には、回線割当制御で使用される受信周波数および送信周波数を主系列の受信周波数５８および送信周波数５９に設定する。
【００８５】
通信制御部２５は、動作モード５３に応じて、変復調部８Ａ、８Ｂ、受信切替回路９、送信切替回路１０を制御する。初期回線設定モードである場合は、主系列５４で示される主系列の変復調部８で送受信データを変復調させて、主系列（一方）の変復調部８が変復調する送受信データを回線管理部２３に入出力する。受信切替回路９、送信切替回路１０は、主系列の変復調部８が主装置４４と送受信データを入出力しないようにする。副系列（他方）の変復調部８は変復調させない。主系列５４が系列Ａである場合は、変復調部８Ａを動作させて、変復調部８Ａが変復調する送受信データを回線管理部２３に入出力させる。主系列５４が系列Ｂである場合は、変復調部８Ｂを動作させて、変復調部８Ｂが変復調する送受信データを回線管理部２３に入出力させる。
【００８６】
探索モードである場合は、通信制御部２５は、主系列の変復調部８を動作させる。そして、受信切替回路９、送信切替回路１０が、主系列の変復調部８が変復調する送受信データを主装置４４に入出力させる。主系列５４が系列Ａである場合は、変復調部８Ａが変復調する送受信データを主装置４４に入出力させる。主系列５４が系列Ｂである場合は、変復調部８Ｂが変復調する送受信データを主装置４４に入出力させる。
【００８７】
回線設定モードである場合は、通信制御部２５は、主系列の変復調部８が動作して主装置４４に送受信データを入出力させることを維持する。さらに、通信制御部２５は、副系列の変復調部８を動作させ、回線管理部２３に送受信データを入出力させる。主系列５４が系列Ａである場合は、変復調部８Ｂを動作させて回線管理部２３に送受信データを入出力させる。主系列５４が系列Ｂである場合は、変復調部８Ａを動作させて回線管理部２３に送受信データを入出力させる。回線管理部２３を常に変復調部８Ａ、８Ｂに接続し、回線管理部２３が動作モード５３と主系列５４を参照して、どちらの変復調部８Ａ、８Ｂとの間で入出力する送受信データを使用するかを決めてもよい。
【００８８】
二回線モードであるは、通信制御部２５は、両方の変復調部８Ａ、８Ｂが動作することを維持し、受信切替回路９を主装置４４からの送信データが変復調部８Ａ、８Ｂの両方に入力されるようにする。また、送信切替回路１０は、主系列の変復調部８が主装置４４に受信データを出力するようにする。主系列５４が系列Ａである場合は、変復調部８Ａが主装置４４に受信データを出力する。主系列５４が系列Ｂである場合は、変復調部８Ｂが主装置４４に受信データを出力する。
【００８９】
各動作モードで、通信制御部２５が変復調部８Ａ、８Ｂを制御する動作を通信装置４０と衛星との関係で見ると、以下のようになる。初期回線設定モードでは、通信制御部２５は、主通信回線で主衛星と送受信する信号を主系列である一方の変復調部８で変復調させる。副系列である他方の変復調部８は変復調させない。探索モードでは、主通信回線で主衛星と送受信する信号を主系列の変復調部８で変復調させ、副系列の変復調部８でビーコン周波数の信号を復調させる。回線設定モードおよび二回線モードでは、通信制御部２５は、主通信回線で主衛星と送受信する信号を主系列の変復調部８で変復調させ、副通信回線で副衛星と送受信する信号を副系列の変復調部８で変復調させる。
【００９０】
各動作モードでの追尾制御部２６Ａ、２６Ｂの動作を説明する。動作モード５３が二回線モードまたは回線設定モードである場合は、追尾制御部２６Ａ、２６Ｂの両方が動作する。追尾制御部２６Ａが、更新前の指向方向６０Ａ、機体姿勢データ５２、および指向方向誤差から次の時点での指向方向６０Ａを決めて書き込む。追尾制御部２６Ｂが、更新前の指向方向６０Ｂ、機体姿勢データ５２、および指向方向誤差から次の時点での指向方向６０Ｂを決めて書き込む。指向方向誤差は、通信装置４０が何らかの手段で取得するか、外部から入力される。
【００９１】
動作モード５３が探索モードまたは初期回線設定モードである場合は、主系列の追尾制御部２６が動作する。主系列５４が系列Ａである場合は、追尾制御部２６Ａが動作する。主系列５４が系列Ｂである場合は、追尾制御部２６Ｂが動作する。動作モード５３が初期探索モードである場合は、追尾制御部２６Ａ、２６Ｂのどちらも動作しない。
【００９２】
探索制御部２７Ａ、２７Ｂは、初期探索モードでは主系列が動作し、探索モードでは副系列が動作する。初期探索モードでは、主系列５４が系列Ａである場合は探索制御部２７Ａが動作する。主系列５４が系列Ｂである場合は、探索制御部２７Ｂが動作する。探索モードでは、主系列５４が系列Ａである場合は探索制御部２７Ｂが動作する。主系列５４が系列Ｂである場合は、探索制御部２７Ａが動作する。
【００９３】
探索制御部２７Ａが動作する場合には、探索パターン６１を参照して探索パターン６１で示される時間変化のパターンで変化する値を指向方向６０Ａに書き込む。探索制御部２７Ｂが動作する場合には、探索パターン６１を参照して時間で変化する値を指向方向６０Ｂに書き込む。
【００９４】
初期探索モードまたは探査モードが終了した時点で通信可能衛星が発見できている場合は、通信可能衛星が存在する方向が、探索に使用した系列の指向方向６０に設定される。通信可能衛星が発見できていない場合は、探索に使用した系列の指向方向６０には、指向すべき方向がないことを表すデータが設定される。
【００９５】
受信電力配分部３０は、動作モード５３と主系列５４を参照して、図６に関して前に説明したように系列Ａと系列Ｂの受信電力の配分率を決定する。決定した受信電力の配分率は、受信モジュール制御部２８Ａ、２８Ｂに通知する。受信モジュール制御部２８Ａ、２８Ｂが動作モード５３と主系列５４を参照して、受信電力の配分率を決めてもよい。その場合には、受信モジュール制御部２８Ａ、２８Ｂが受信電力配分部として動作する。
【００９６】
送信電力配分部３１は、動作モード５３と主系列５４を参照して、系列Ａと系列Ｂの送信電力の配分率を決定する。決定した送信電力の配分率は、送信モジュール制御部２９Ａ、２９Ｂに通知する。送信モジュール制御部２９Ａ、２９Ｂが動作モード５３と主系列５４を参照して、送信電力の配分率を決めてもよい。その場合には、送信モジュール制御部２９Ａ、２９Ｂが送信電力配分部として動作する。
【００９７】
受信モジュール制御部２８Ａは、受信電力配分部３０により通知された受信電力の配分率、受信周波数５８Ａおよび指向方向６０Ａを参照して、系列Ａの受信アンテナ２が指向方向６０Ａの方向を向くように各受信モジュール１５Ａに指示する位相変化量と増幅率を決める。決めた位相変化量と増幅率は、各受信モジュール１５Ａに指示する。
【００９８】
受信モジュール制御部２８Ｂは、受信電力配分部３０により通知された受信電力の配分率、受信周波数５８Ｂおよび指向方向６０Ｂを参照して、系列Ｂの受信アンテナ２が指向方向６０Ｂの方向を向くように各受信モジュール１５Ｂに指示する位相変化量と増幅率を決める。決めた位相変化量と増幅率は、各受信モジュール１５Ｂに指示する。
【００９９】
送信モジュール制御部２９Ａは、送信電力配分部３１により通知された送信電力の配分率、送信周波数５９Ａおよび指向方向６０Ａを参照して、系列Ａの送信アンテナ４が指向方向６０Ａの方向を向くように各送信モジュール１８Ａに指示する位相変化量と増幅率を決める。決めた位相変化量と増幅率は、各送信モジュール１８Ａに指示する。
【０１００】
送信モジュール制御部２９Ｂは、送信電力配分部３１により通知された送信電力の配分率、送信周波数５９Ｂおよび指向方向６０Ｂを参照して、系列Ｂの送信アンテナ４が指向方向６０Ｂの方向を向くように各送信モジュール１８Ｂに指示する位相変化量と増幅率を決める。決めた位相変化量と増幅率は、各送信モジュール１８Ｂに指示する。
【０１０１】
通信可能衛星検出部３２は、動作モード５３が初期探索モードまたは探索モードである場合に、動作する。通信可能衛星検出部３２は、初期探索モードでは、主系列の指向方向６０と、その指向方向の時の主系列の受信信号強度５１を使用する。探索モードでは、副系列の指向方向６０と、その指向方向の時の副系列の受信信号強度５１を使用する。初期探索モードでは、主系列５４が系列Ａである場合は、指向方向６０Ａと受信信号強度５１Ａを使用し、主系列５４が系列Ｂである場合は、指向方向６０Ｂと受信信号強度５１Ｂを使用する。探索モードでは、主系列５４が系列Ａである場合は、指向方向６０Ｂと受信信号強度５１Ｂを使用し、主系列５４が系列Ｂである場合は、指向方向６０Ａと受信信号強度５１Ａを使用する。
【０１０２】
通信可能衛星検出部３２は、初期探索モードでは、主系列で受信するビーコン信号の受信信号強度に基づいて通信可能衛星を検出する。ビーコン信号の受信信号強度が受信信号強度下限値以上である方向を検出する場合に、通信可能衛星を検出する。どの方向からも受信信号強度下限値以上の受信信号強度でビーコン信号を検出しない場合に、通信可能衛星を検出しない。探索モードでは、副系列で受信するビーコン信号の受信信号強度に基づいて通信可能衛星を検出する。主系列の指向方向の近傍以外の方向で、ビーコン信号の受信信号強度が受信信号強度下限値以上である方向を検出する場合に、通信可能衛星を検出する。主系列の指向方向の近傍以外の方向からは、受信信号強度下限値以上の受信信号強度でビーコン信号を検出しない場合に、通信可能衛星を検出しない。
【０１０３】
受信信号強度下限値は、受信可能な電波の強度である通信可能下限値および受信電力の大きさに応じて決められる。系列Ａと系列Ｂの受信電力の合計が決まっている場合は、受信電力の大きさは、受信電力の系列Ａおよび系列Ｂへの配分率に応じて決まる。受信電力の配分率が異なるので、初期探索モードと探索モードで使用する受信信号強度下限値は異なる。
【０１０４】
主系列と副系列で受信電力の大きさが異なる場合は、主系列と副系列とで受信信号強度下限値が異なる。主系列の受信信号強度と比較される受信信号強度下限値を、主受信信号強度下限値と呼ぶ。副系列の受信信号強度と比較される受信信号強度下限値を、副受信信号強度下限値と呼ぶ。
【０１０５】
通信可能衛星検出部３２は、通信可能衛星を検出する場合は、通信可能衛星からのビーコン信号の受信信号強度が最大である方向も検出する。
【０１０６】
二回線通信判定部３３は、動作モード５３が二回線モードである場合に動作する。二回線通信判定部３３は、受信信号強度５１Ａ、５１Ｂを監視して、二回線モードを継続するかどうかを決める。二回線モードを継続するか否かを判断する方法は、後で説明する。
【０１０７】
モード管理部３４は、入力される種々のデータに基づき動作モード５３を決定する。入力されるデータは、通信装置４０のユーザから入力される通信開始または通信終了の指示、回線管理部２３の動作終了通知、通信可能衛星検出部３２の検出結果、二回線通信判定部３３の判定結果、変復調部８Ａ、８Ｂなどからの異常発生通知などである。
【０１０８】
モード管理部３４は、通信開始が入力された場合に、動作モード５３を停止モードから初期探索モードに変化させる。動作モード５３が初期探索モードで通信可能衛星が検出できている場合は、動作モード５３を初期回線設定モードに変更する。検出できていない場合は、動作モード５３を初期探索モードのままとする。動作モード５３が初期回線設定モードで、回線管理部２３の動作終了通知を受信すると、動作モード５３を探索モードに変更する。動作モード５３が初期回線設定モードで、主系列の受信信号強度が通信可能と判断する下限値未満であることを検出する場合は、動作モード５３を初期探索モードに変更する。副系列の受信信号強度が下限値未満であることを検出する場合は、動作モード５３を探索モードに変更する。
【０１０９】
モード管理部３４は、動作モード５３が探索モードで通信可能衛星が検出できる場合は、動作モード５３を回線設定モードに変更する。探索モードで通信可能衛星が検出できない場合は、動作モード５３を探索モードのままとする。動作モード５３が探索モードで主系列の受信信号強度が下限値未満であることを検出する場合は、動作モード５３を初期探索モードに変更する。
【０１１０】
動作モード５３が二回線モードで、二回線通信判定部３３が二回線モードを継続しないと判定する場合は、動作モード５３を探索モードに変更する。二回線モードを継続すると判定する場合は、動作モード５３を二回線モードのままとする。動作モード５３が二回線モードで、主系列および副系列の受信信号強度が下限値未満であることを検出する場合は、動作モード５３を初期探索モードに変更する。
【０１１１】
モード管理部３４は、ユーザから通信終了が入力される場合は、動作モード５３に応じた通信終了の処理をさせて、その後で動作モード５３を停止モードに変更する。
【０１１２】
通信装置４０が有する監視機能が通信を継続できない何らかの異常を検出する場合は、停止状態に移る処理の実行後に、モード管理部３４は、動作モード５３を停止モードに変更する。
【０１１３】
機体姿勢取得部３６は、決められた周期で慣性航法装置４５から入力される航空機７０の姿勢角を機体姿勢データ５２として記憶部３５に格納する。
【０１１４】
動作モード５３と主系列５４が系列Ａか系列Ｂかを区別して、通信装置４０の状態を表すと、状態遷移図は図７のようになる。図７は、実施の形態１に係る通信装置の状態の変化を説明する状態遷移図である。各状態では、（動作モード、主系列）で表現する。
【０１１５】
通信装置４０の状態が変化する条件を表現するために、以下の変数を定義する。
ＧＡ：系列Ａの受信信号強度５１Ａ。
ＧＢ：系列Ｂの受信信号強度５１Ｂ。
Ｇmain：主系列の受信信号強度。
Ｇsub：主系列の受信信号強度。
βＳ：探索モードでの副系列の電力配分率。実施の形態１では、βＳ＝１０％。
βＴ：二回線モードでの各系列の電力配分率。実施の形態１では、βＴ＝５０％。
ＨＳ：探索モードで通信可能衛星が検出できたとする受信信号強度の下限値(受信信号強度下限値)。
ＨＴ：二回線モードで通信可能衛星でないと判断する受信信号強度の下限値(受信信号強度下限値)。ＨＴ以上の受信信号強度であれば、通信可能である。
ＴＳ：一回の探索モードの実行に要する時間。
ＴＴ：二回線モードで通信中の衛星が通信可能衛星かどうか判断する周期。
【０１１６】
受信信号強度は、受信モジュール１５Ａ、１５Ｂに配分する受信電力にほぼ比例するので、以下の関係がある。
ＨＳ＝(βＳ／βＴ)*ＨＴ                   (1)
式(1)を満足するようにＨＳを決めれば、探索モードから二回線モードに移行した後に副通信回線で通信可能である。なお、受信信号強度と受信電力との間を正比例とは別の関係式で表現してもよい。その場合は、探索モードでの受信信号強度下限値および二回線モードでの受信信号強度下限値は、受信信号強度と受信電力との関係を表現する式に応じて決める。
【０１１７】
図７では、通常のハンドオーバ時の動作を考慮し、例外的な動作は考慮しない。図７は、以下の前提が成立する場合の状態遷移図である。
（ア）初期回線設定モードでは、主通信回線が通信できなくなるほど受信信号強度が低下することは無い。
（イ）回線設定モードでは、主通信回線も副通信回線も通信できなくなるほど受信信号強度が低下することは無い。
（ウ）探索モードでは、主通信回線が通信できなくなるほど受信信号強度が低下することは無い。
【０１１８】
二回線通信判定部３３は、主通信回線または副通信回線のどちらかが通信可能である間は、二回線モードを維持する。以下のように、判断する。
ＧＡ≧ＨＴ and ＧＢ≧ＨＴ        二回線通信を維持
ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ                二回線通信を維持できない
ＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢ                二回線通信を維持できない
【０１１９】
通信装置４０が通信していない場合は、（停止、−）であるＳＴ０１の状態にある。通信相手７１と通信を開始する場合には、主系列５４が系列Ａである場合は、（初期探索、系列Ａ）であるＳＴ０２Ａの状態に変化する。主系列５４が系列Ｂである場合は、（初期探索、系列Ｂ）であるＳＴ０２Ｂの状態に変化する。初期探索モードでの主系列は、例えば常に系列Ａまたは系列Ｂのどちらかに決めておいてもよいし、系列Ａと系列Ｂとが交互になるようにしてもよい。
【０１２０】
（初期探索、系列Ａ）であるＳＴ０２Ａで通信可能衛星が見つからない場合は、ＳＴ０２Ａが継続する。（初期探索、系列Ａ）であるＳＴ０２Ａで通信可能衛星が見つかると、（初期回線設定、系列Ａ）であるＳＴ０３Ａに変化する。主通信回線が設定されると、（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａに変化する。（初期探索、系列Ｂ）であるＳＴ０２Ｂからも同様に、（初期回線設定、系列Ｂ）であるＳＴ０３Ｂに変化し、さらに（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂに変化する。
【０１２１】
（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａで、ＴＳが経過してＧＢ≧ＨＳであることを検出しない場合は、通信可能衛星が発見できていないので、ＳＴ０４Ａが継続する。ＴＳが経過してＧＢ≧ＨＳであることを検出する場合は、通信可能衛星が発見できたので、（回線設定、系列Ａ）であるＳＴ０５Ａに変化する。（回線設定、系列Ａ）であるＳＴ０５Ａで通信回線が設定できると、（二回線、系列Ａ）であるＳＴ０６Ａに変化する。
【０１２２】
（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂで、ＴＳが経過してＧＢ≧ＨＳであることを検出しない場合は、通信可能衛星が発見できていないので、ＳＴ０４Ｂが継続する。ＴＳが経過してＧＢ≧ＨＳであることを検出する場合は、通信可能衛星が発見できたので、（回線設定、系列Ｂ）であるＳＴ０５Ｂに変化する。（回線設定、系列Ｂ）であるＳＴ０５Ｂで通信回線が設定できると、（二回線、系列Ｂ）であるＳＴ０６Ｂに変化する。
【０１２３】
（二回線、系列Ａ）であるＳＴ０６Ａにおいて、ＴＴが経過してＧＡ≧ＨＴかつＧＢ≧ＨＴである場合は、主通信回線および副通信回線で通信可能なので、ＳＴ０６Ａが継続する。ＴＴが経過してＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢを検出する場合は、主衛星から副衛星へハンドオーバできないで、（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａに変化する。ＴＴが経過してＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡを検出する場合は、ハンドオーバして、（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂに変化する。
【０１２４】
（二回線、系列Ｂ）であるＳＴ０６Ｂにおいて、ＴＴが経過してＧＡ≧ＨＴかつＧＢ≧ＨＴである場合は、主通信回線および副通信回線で通信可能なので、ＳＴ０６Ｂが継続する。ＴＴが経過してＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡを検出する場合は、ハンドオーバできないで、（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂに変化する。ＴＴが経過してＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢを検出する場合は、ハンドオーバして、（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａに変化する。
【０１２５】
（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａ、（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂ、（二回線、系列Ａ）であるＳＴ０６Ａ、（二回線、系列Ｂ）であるＳＴ０６Ｂのどれかの状態で、通信中止が入力された場合は、（停止、−）であるＳＴ０１に変化する。
【０１２６】
動作を説明する。図８は、実施の形態１に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ０１で、主系列を系列Ａまたは系列Ｂに決めて、決めた系列を主系列５４に設定し、動作モード５３を初期探索モードに設定する。ステップＳ０２で、主系列で通信可能衛星を探索する。１回の探索が終了すると、ステップＳ０３で、通信可能衛星が見つかったかどうかチェックする。通信可能衛星が見つからない場合（Ｓ０３でＮＯ）は、Ｓ０２へ戻る。
【０１２７】
初期探索モードで通信可能衛星が見つかった場合（Ｓ０３でＹＥＳ）は、ステップＳ０４で、動作モード５３を初期回線設定モードにし、主通信回線を設定する。ステップＳ０５で、動作モード５３を探索モードにして、主通信回線で通信しながら副通信回線で通信可能衛星を探索する。１回の探索が終了すると、ステップＳ０６で、通信停止が入力されたかチェックする。通信停止が入力されている場合（Ｓ０６でＹＥＳ）は、通信を終了する。通信停止が入力されていない場合（Ｓ０６でＮＯ）は、ステップＳ０７で、通信可能衛星が見つかったかどうかチェックする。通信可能衛星が見つからない場合（Ｓ０７でＮＯ）は、Ｓ０５へ戻り、探索モードを継続する。
【０１２８】
探索モードで通信可能衛星が見つかった場合（Ｓ０７でＹＥＳ）は、ステップＳ０８で、動作モード５３を回線設定モードにし、副通信回線を設定する。副通信回線が設定できると、ステップＳ０９で、動作モード５３を二回線モードにして、主通信回線および副通信回線で通信する。ステップＳ１０で、通信停止が入力されたかチェックする。通信停止が入力されている場合（Ｓ１０でＹＥＳ）は、通信を終了する。
【０１２９】
通信停止が入力されていない場合（Ｓ１０でＮＯ）は、ステップＳ１１で、副通信回線の信号強度(Ｇsub)が下限値(ＨＴ)以上かどうかチェックする。Ｇsub≧ＨＴである場合は、副通信回線は通信可能である。Ｇsub≧ＨＴでない場合（Ｓ１１でＮＯ）は、二回線では通信できないので、二回線モードを終了する。Ｓ０５へ戻り、探索モードで動作する。
【０１３０】
Ｇsub≧ＨＴである場合（Ｓ１１でＹＥＳ）は、ステップＳ１２で、主通信回線の信号強度(Ｇmain)が下限値(ＨＴ)以上かどうかチェックする。Ｇmain≧ＨＴである場合は、主通信回線は通信可能である。Ｇmain≧ＨＴでない場合（Ｓ１２でＮＯ）は、主通信回線では通信できないので、主衛星から副衛星へハンドオーバする。Ｓ１３で主系列５４に、副系列であった系列を設定する。そして、Ｓ０５へ戻り、探索モードになる。主通信回線が通信可能である場合（Ｓ１２でＹＥＳ）は、Ｓ０９へ戻り、二回線モードを継続する。
【０１３１】
Ｓ０５およびＳ０７は、主衛星を追尾して主通信回線で通信しながら、副系列で通信可能衛星を探索する探索手順である。Ｓ０９は、主衛星を追尾して主通信回線で通信し、副衛星を追尾して副通信回線で通信する二回線通信手順である。Ｓ１１およびＳ１２は、二回線通信手順を継続して実行するかどうかチェックする二回線通信継続チェック手順である。通信装置４０は、二回線通信継続チェック手順を、二回線通信手順と並行して実行する。二回線通信継続チェック手順で二回線通信手順を継続しないと判定した場合に、二回線通信手順から探索手順に変化する。
【０１３２】
実施の形態１の通信方法における二回線通信継続チェック手順は、主信号強度計測手順と、副信号強度計測手順と、二回線通信可能チェック手順とを有する。主信号強度計測手順では、主信号強度を計測する。副信号強度計測手順では、副信号強度を計測する。二回線通信可能チェック手順では、主信号強度に基づき主衛星が通信可能衛星であるかどうかチェックし、かつ副信号強度に基づき副衛星が通信可能衛星であるかどうかチェックする。二回線通信可能チェック手順で主衛星または副衛星のどちらかが通信可能衛星でないことを検出する場合に、二回線通信手順を継続しないと判定する。
【０１３３】
以上のように動作することで、図５に例を示すように通信に使用する衛星を切替える際に、２個の衛星で並行して中継されて通信する二回線モードを経て切替えるので、衛星の切替のために通信できない期間が発生しない。
【０１３４】
地球表面およびその上空のすべてをカバーする衛星ネットワークではなく、地球表面の決められた範囲とその上空である通信対象範囲とする衛星ネットワークにも適用できる。通信対象範囲が限定される場合でも、通信対象範囲内の各空間点で通信可能衛星が常に少なくとも１個は存在するような衛星群を対象として、本発明に係る通信装置を使用することができる。
【０１３５】
探索モードで方位角を３６０度、仰角を０度から９０度の範囲で走査したが、対象とする衛星ネットワークまたは衛星群に応じて、探索する範囲を決めてもよい。例えば、高仰角に存在する準天頂衛星を対象とする場合は、仰角を例えば３０度以上の範囲でだけ探索してもよい。
【０１３６】
探索モードで主系列の指向方向の近傍も含めて探索し、主系列の指向方向の近傍からは通信可能衛星を検出しないようにした。主系列の指向方向を含む決められた範囲は探索しないようにしてもよい。
【０１３７】
二回線の中のどちらかが通信不可能になるまで二回線モードを維持するのではなく、二回線通信が不要と判断する場合に二回線モードを終了させてもよい。移動体は、航空機以外の移動体でもよい。
以上のことは他の実施の形態にもあてはまる。
【０１３８】
実施の形態２．
実施の形態２は、二回線通信が可能であっても二回線通信が不要であれば二回線通信を中止するように、実施の形態１を変更した場合である。主通信回線または副通信回線のどちらかが通信不可能になるまで二回線通信を維持すると、受信信号強度が最大になる衛星との通信回線を使用する時点が遅れる場合がある。二回線通信が不要になった時点で二回線通信を中止すれば、新たに受信信号強度が大きい衛星が出現した場合に、受信信号強度が大きい衛星との間の通信回線を早く使用できるようになる。
【０１３９】
図９をおよび図１０を参照して、二回線通信を維持できる限り二回線通信を継続することによる問題点を説明する。図９は、実施の形態１に係る通信装置では受信信号強度が大きい通信回線が使用できない航跡の例を示す図である。３個の衛星８１、８４、８５のビーム範囲９１、９４、９５を、それぞれ円で表す。航空機７０は、図において実線で示す航跡７６を移動する。
【０１４０】
図１０は、図９に示す航跡の例での実施の形態１の通信装置の受信信号強度の変化を示す図である。図１０では、受信信号強度がＨＴ以上である範囲でだけ受信信号強度を示す。図１０(A)に、航跡上で受信できる衛星からの電波の強度を示す。図１０(A)では、通信装置４０が二回線モードで衛星からの電波を受信して得られる受信信号強度で、電波の強度を表現する。図１０(B)に、航空機７０に搭載された通信装置４０が受信する受信信号強度を示す。図１０(B)では、主通信回線として受信している場合に実線で表現し、副通信回線として受信している場合を点線で示す。
【０１４１】
各衛星からの電波を通信装置４０が受信して生成する受信信号の強度の関係が変化する空間点について説明する。空間点Ｐ１では、衛星８１とだけ通信装置４０は通信できる。空間点Ｐ２では、衛星８４と通信可能になる。空間点Ｐ３で、衛星８１と衛星８４の電波の強度が同じ大きさになる。空間点Ｐ４で衛星８５と通信可能になる。衛星８５からの電波の強度は増加していく。空間点Ｐ５で、衛星８５と衛星８１の電波の強度が同じ大きさになる。さらに、空間点Ｐ６で、衛星８５と衛星８４の電波の強度が同じ大きさになる。空間点Ｐ７で、衛星８１と通信できなくなる。空間点Ｐ８で、衛星８４と通信できなくなる。
【０１４２】
航空機７０が空間点Ｐ１に存在する場合は、通信装置４０は主通信回線で衛星８１を追尾して探索モードで動作する。航空機７０が空間点Ｐ２に移動すると、衛星８４との通信が可能になる。衛星８４を発見する空間点Ｐ２で、回線設定モードに変化する。ここでは、回線設定に要する時間が短いとして、空間点Ｐ２から衛星８４に中継される通信回線が副通信回線として使用できるとする。空間点Ｐ２から二回線モードとして表現する。
【０１４３】
空間点Ｐ７で衛星８１と通信できなくなるので、空間点Ｐ７で二回線モードが終了する。通信装置４０は、主通信回線で衛星８４を追尾する探索モードに変化する。探索モードの１周期目で衛星８５が通信可能衛星として発見される。図を見やすくするため、探索モードの１周期は短いとして、空間点Ｐ７から二回線モードとして表現する。衛星８４と通信できるのは、空間点Ｐ８までである。二回線モードは、空間点Ｐ７から空間点Ｐ８まで継続する。空間点Ｐ８を通過すると、衛星８５に中継される通信回線を主通信回線とする探索モードになる。
【０１４４】
上に説明した通信装置４０の動作は、受信信号強度が大きい衛星で中継される通信回線を利用していないという問題がある。空間点Ｐ３で衛星８４の方が電波の強度が大きいので、空間点Ｐ３を通過する時点で衛星８４へのハンドオーバを実施可能であるが、二回線通信を維持している。空間点Ｐ７まで衛星８４に中継される回線を主通信回線として二回線モードで通信している。空間点Ｐ４から空間点Ｐ７までは３個の衛星と通信可能である。空間点Ｐ５から空間点Ｐ７までは、電波の強度が大きい方から２個の衛星を使用していない。特に、空間点Ｐ６から空間点Ｐ７までは、電波の強度が最大である衛星８５を通信に使用していない。
実施の形態２の通信装置４０Ａは、このような問題を発生させない。
【０１４５】
図１１は、この発明の実施の形態２に係る通信装置の構成を説明するブロック図である。図１１を参照して、この発明の実施の形態２に係る通信装置の構成を説明する。図１１について、実施の形態１の場合の図２と異なる点を説明する。通信装置４０Ａが有する制御部１１Ａは、探索制御部２７ＡＡ、２７ＡＢ、通信可能衛星検出部３２Ａ、二回線通信判定部３３Ａ、モード管理部３４Ａ、記憶部３５Ａを変更している。
【０１４６】
二回線通信判定部３３Ａは、二回線通信が可能であっても不要な場合も判定する。二回線通信判定部３３Ａは、副通信回線の受信信号強度が主通信回線の受信信号強度よりも大きくなった場合に、二回線通信が不要と判断する。つまり、以下のように判断する。
（１）主系列５４が系列Ａである場合
ＧＡ≧ＧＢ≧ＨＴ                二回線通信が必要
ＧＢ＞ＧＡ≧ＨＴ                二回線通信が不要
ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ                二回線通信を維持できない
ＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢ                二回線通信を維持できない
（２）主系列５４が系列Ｂである場合
ＧＢ≧ＧＡ≧ＨＴ                二回線通信が必要
ＧＡ＞ＧＢ≧ＨＴ                二回線通信が不要
ＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢ                二回線通信を維持できない
ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ                二回線通信を維持できない
【０１４７】
なお、副通信回線の受信信号強度が主通信回線の受信信号強度以上になった場合に、二回線通信が不要と判断してもよい。つまり、以下のように判断してもよい。
（１）主系列５４が系列Ａである場合
ＧＡ＞ＧＢ≧ＨＴ                二回線通信が必要
ＧＢ≧ＧＡ≧ＨＴ                二回線通信が不要
ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ                二回線通信を維持できない
ＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢ                二回線通信を維持できない
（２）主系列５４が系列Ｂである場合
ＧＢ＞ＧＡ≧ＨＴ                二回線通信が必要
ＧＡ≧ＧＢ≧ＨＴ                二回線通信が不要
ＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢ                二回線通信を維持できない
ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ                二回線通信を維持できない
【０１４８】
二回線通信判定部３３Ａが二回線通信を不要と判断する場合は、二回線通信が不要であることを、二回線通信判定部３３Ａがモード管理部３４Ａに通知する。
【０１４９】
二回線通信が不要であるという通知を受けたモード管理部３４Ａは、主通信回線での通信を中止して、主通信回線で使用していた衛星が存在する方向を記憶部３５Ａに記録する。主通信回線で使用していた衛星が存在する方向は、通信を中止した通信可能衛星と通信していた方向である。通信を中止した通信可能衛星と通信していた方向を記憶するために、記憶部３５Ａには、探索不要方向６２を追加している。探索不要方向６２に記憶される方向は、通信可能であるが通信に使用しない衛星が存在する方向である。探索不要方向６２を記憶しておかないと、ハンドオーバした後で、ハンドオーバ前に主衛星であった衛星を副衛星とする二回線モードに戻ることになる。具体的には、探索モードで探索不要方向６２の方向に、ハンドオーバ前に主衛星であった衛星を通信可能衛星として検出する。二回線モードでは、主系列の受信信号強度が探索モードよりも小さい。二回線モードに戻ることは、主系列の受信信号強度が低下するので望ましくない。
【０１５０】
探索不要方向６２は、例えば２個までの方向を示すデータを記憶できる。モード管理部３４Ａは、主系列の指向方向６０を探索不要方向６２に設定する。既に探索不要方向６２に１個の方向が設定されている場合は、２個目に設定する。探索不要方向６２に２個の方向が既に設定されている場合は、古い方に上書きする。探索不要方向６２に設定された方向が古いかどうかは、方向を設定した時刻を記録する、古いものから配列の前詰めで格納するなどの適切な方法で判断する。探索不要方向６２が、３個以上のデータを記憶してもよい。
【０１５１】
通信可能衛星検出部３２Ａは、探索不要方向６２に設定されている方向および主系列の指向方向とは異なる方向で、通信可能で受信信号強度が最大である衛星を通信可能衛星として検出する。
【０１５２】
探索に使用している系列の探索制御部２７Ａは、探索パターン６１にしたがって粗く探索した後で、主系列の指向方向とは異なる方向で受信信号強度がＨＳ以上の極大値（ピーク）になる方向（ピーク方向）を検出する。探索制御部２７Ａは、ピーク方向を大きいものから最大で３個まで検出する。探索不要方向６２にｍ個（２≧ｍ≧０）の方向が記録されている場合には、探索に使用している系列の探索制御部２７Ａは、大きいものからｍ＋１個までのピーク方向を検出する。
【０１５３】
通信可能衛星検出部３２Ａは、通信可能衛星を検出する場合には、探索モードで探索に使用している系列（探索使用系列）の指向方向６０を設定する。探索使用系列は、二回線モードに変化した後では副通信回線で通信する副系列である。探索使用系列の指向方向６０は、二回線モードにおいて副通信回線で副衛星を追尾する際の指向方向６０の初期値になる。また、通信可能衛星検出部３２Ａは、探索に使用している系列の探索制御部２７が検出したピーク方向に基づき、探索不要方向６２を修正して設定する。探索制御部２７Ａが動作する場合で説明する。探索制御部２７Ｂが動作する場合は、指向方向６０Ｂに対して同様に動作する。
【０１５４】
探索制御部２７Ａが検出したピーク方向に、探索不要方向６２に記憶されている方向とは異なるピーク方向が存在する場合は、通信可能衛星を検出すると判断して、そのピーク方向を指向方向６０Ａに設定する。探索不要方向６２に記憶されている方向とは異なる複数のピーク方向が存在する場合は、受信信号強度が最大であるピーク方向を指向方向６０Ａに設定する。ピーク方向がすべて探索不要方向６２に記憶されている場合は、通信可能衛星を検出しないと判断する。
【０１５５】
通信可能衛星検出部３２Ａは、探索不要方向６２を以下のように修正する。探索不要方向６２の近傍にピーク方向を検出する場合は、そのピーク方向を探索不要方向６２に設定する。探索不要方向６２に存在するが近傍にピーク方向が検出されない場合は、その方向を探索不要方向６２から削除する。
【０１５６】
図１２は、実施の形態２に係る通信装置の状態の変化を説明する状態遷移図である。実施の形態１の場合の図７と比較して、（二回線、系列Ａ）であるＳＴ０６Ａおよび（二回線、系列Ｂ）であるＳＴ０６Ｂから変化する条件が異なっている。
【０１５７】
（二回線、系列Ａ）であるＳＴ０６Ａにおいて、ＴＴが経過してＧＡ≧ＧＢ≧ＨＴである場合は、二回線通信が可能であり、かつ主通信回線の方の信号強度が大きいので、ＳＴ０６Ａが継続する。ＴＴが経過してＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢを検出する場合は、副通信回線で通信できないので、（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａに変化する。ＴＴが経過してＧＢ≧ＨＴかつＧＢ＞ＧＡを検出する場合は、主衛星から副衛星へハンドオーバして、（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂに変化する。なお、ＧＢ≧ＨＴかつＧＢ＞ＧＡという条件は、二回線通信が維持できない場合（ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ）と、二回線通信が不要である場合（ＧＢ＞ＧＡ≧ＨＴ）との和を表現する条件である。ＳＴ０６ＢからＳＴ０４Ｂに変化する条件も同様である。
【０１５８】
（二回線、系列Ｂ）であるＳＴ０６Ｂにおいて、ＴＴが経過してＧＡ≧ＧＢ≧ＨＴである場合は、二回線通信が可能であり、かつ主通信回線の方の信号強度が大きいので、ＳＴ０６Ｂが継続する。ＴＴが経過してＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡを検出する場合は、副通信回線で通信できないので、（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂに変化する。ＴＴが経過してＧＡ≧ＨＴかつＧＡ＞ＧＢを検出する場合は、ハンドオーバして、（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａに変化する。
【０１５９】
動作を説明する。図１３は、実施の形態２に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。図１３について、実施の形態１の場合の図８とは異なる点を説明する。ステップＳ０５Ａ、Ｓ１２Ａ、Ｓ１３Ａを、変更している。
【０１６０】
ステップＳ０５Ａで、動作モード５３を探索モードにして、主通信回線で通信しながら副通信回線で通信可能衛星を探索する。ただし、探索不要方向６２に記憶された方向の近傍では通信可能衛星を検出しない。また、探索不要方向６２の近傍でピーク方向を検出する場合は、そのピーク方向に探索不要方向６２を修正する。探索不要方向６２の近傍でピーク方向を検出しない場合は、その方向を探索不要方向６２から削除する。
【０１６１】
Ｇsub≧ＨＴである場合（Ｓ１１でＹＥＳ）は、ステップＳ１２Ａで、主通信回線の受信信号強度(Ｇmain)が副通信回線の受信信号強度(Ｇsub)以上かチェックする。Ｇmain≧Ｇsubでない場合（Ｓ１２ＡでＮＯ）は、二回線通信が不要であり、主衛星から副衛星へハンドオーバする。Ｓ１３Ａで、主系列の指向方向６０を探索不要方向６２に設定し、副系列であった系列を主系列５３に設定する。そして、Ｓ０５Ａへ戻り、探索モードで動作する。Ｇmain≧Ｇsubである場合（Ｓ１２ＡでＹＥＳ）は、Ｓ０９へ戻り、二回線モードを継続する。
【０１６２】
Ｓ１２ＡでＮＯになる場合の中で、Ｇsub＞Ｇmainであり、かつＧsub≧ＨＴである場合は、主衛星および副衛星がともに通信可能衛星である場合に、主信号強度および副信号強度の少なくとも一つに基づき二回線通信手順を継続する必要があるかどうか判断する二回線通信要否判断手順である。つまり、実施の形態２の通信方法における二回線通信継続チェック手順は、二回線通信要否判断手順を有する。
【０１６３】
図９に示す場合で、通信装置４０Ａがどのように動作するかを図１４により説明する。図１４は、図９に示す航跡の例での実施の形態２に係る通信装置の受信信号強度の変化を示す図である。図１４(A)は、図１０(A)と同じ図である。
【０１６４】
図１４(B)において、空間点Ｐ３までの信号強度の推移は、図９(B)と同じである。航空機７０が空間点Ｐ３を通過すると、衛星８１に中継される主通信回線よりも衛星８４に中継される副通信回線の受信信号強度の方が大きくなる。二回線通信判定部３３Ａが二回線通信は不要と判断して、衛星８４により中継される通信回線で通信する探索モードに変化する。衛星８１が存在する方向は、探索不要方向６２に設定される。探索モードでは二回線モードの時よりも主通信回線への電力配分が大きいので、衛星８４からの電波の受信信号強度が増加する。衛星８１が存在する方向は探索不要方向６２に格納されているので、衛星８１を通信可能衛星として検出することなく探索モードが継続する。
【０１６５】
航空機７０が空間点Ｐ４に移動すると衛星８５を検出して二回線モードになる。空間点Ｐ６を通過すると、二回線モードが不要になり、衛星８５と主系列で通信する探索モードになる。衛星８４が存在する方向は、探索不要方向６２に追加される。航空機７０が空間点Ｐ７を通過すると、衛星８１は通信可能衛星ではなくなる。通信可能衛星でないことを検出すると、衛星８１の方向は探索不要方向６２から削除される。同様に、空間点Ｐ８を通過すると、衛星８４の方向は探索不要方向６２から削除される。
【０１６６】
通信装置４０Ａでも、異なる衛星で中継される通信回線への切替時に、通信相手７１と通信できない期間が発生しない。さらに、通信装置４０Ａでは、衛星８１から衛星８４へのハンドオーバが空間点Ｐ３で完了し、衛星８４から衛星８５へのハンドオーバが空間点Ｐ６で完了する。図１０に示す通信装置４０では、衛星８１から衛星８４へのハンドオーバが空間点Ｐ７で完了し、衛星８４から衛星８５へのハンドオーバが空間点Ｐ８で完了する。通信装置４０Ａでは、通信装置４０と比較して、空間点Ｐ３から空間点Ｐ７までで主系列の受信信号強度が大きくなる。
【０１６７】
副系列の信号強度Ｇsubが主系列の信号強度Ｇmainよりも大きくなる時点ではなく、主系列の信号強度Ｇmainに基づき決められた閾値(切替可能下限値Ｐmin)よりもＧsubが大きくなる時点で二回線通信を不要と判断してもよい。切替可能下限値は、例えばＧmainの９８％や１０２％などに決めてもよい。切替可能下限値をＧmainよりも小さく設定する場合には、Ｇsubが切替可能下限値よりも大きいこと(Ｇsub＞Ｐmin)に加えて、Ｇsubが固定の閾値Ｐth以上であること(Ｇsub≧Ｐth)を、二回線通信を不要と判断する条件としてもよい。
【０１６８】
例えば、切替可能下限値Ｐminを、係数Ｒ（例えば１０２％）と主系列の信号強度Ｇmainに基づき、以下のように決めてもよい。
Ｐmin＝Ｒ*Ｇmain  
切替可能下限値Ｐminを使用する場合には、二回線通信判定部は、二回線通信を継続するかどうかを以下のように判断する。
（１）主系列５４が系列Ａである場合
ＧＡ≧ＨＴ and Ｒ*ＧＡ＞ＧＢ≧ＨＴ  二回線通信が必要
ＧＡ≧ＨＴ and ＧＢ≧Ｒ*ＧＡ＞ＨＴ  二回線通信が不要
ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ                    二回線通信を維持できない
ＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢ                    二回線通信を維持できない
（２）主系列５４が系列Ｂである場合
ＧＢ≧ＨＴ and Ｒ*ＧＢ＞ＧＡ≧ＨＴ  二回線通信が必要
ＧＢ≧ＨＴ and ＧＡ≧Ｒ*ＧＢ＞ＨＴ  二回線通信が不要
ＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢ                    二回線通信を維持できない
ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ                    二回線通信を維持できない
【０１６９】
切替可能下限値は、決められた確度以上で主衛星から副衛星へハンドオーバできると判断できるように決めればよい。二回線通信が不要と判断する条件は、ハンドオーバする方が主系列の受信信号強度を大きくできる場合を判断できる条件であればよい。二回線通信が不要と判断する条件は、切替後の衛星が中継する通信回線で決められた長さ以上は通信できると判断できる条件であることが望ましい。
【０１７０】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態２と同様に、二回線通信が可能であっても二回線通信が不要であれば二回線通信を中止する。実施の形態３では、通信を中止した衛星の方向ではなく、ビーコン信号に含まれる衛星の識別情報を利用する。衛星の識別情報を利用することで、探索不要方向を時間の経過に応じて修正する処理が不要になる。探索不要方向を利用する場合には、探索不要方向を時間の経過に応じて修正する処理が必要である。
【０１７１】
図１５を参照して、この発明の実施の形態３に係る通信装置の構成を説明する。図１５について、実施の形態２の場合の図１１と異なる点を説明する。通信装置４０Ｂが有する制御部１１Ｂは、通信可能衛星検出部３２Ｂ、モード管理部３４Ｂ、記憶部３５Ｂを変更している。
【０１７２】
記憶部３５Ｂは、探索不要方向６２を記憶せず、通信不要衛星６３を記憶する。通信不要衛星６３には、二回線モードは不要と判断して通信を中止した通信回線を中継していた衛星の識別情報を記録する。通信を中止した衛星は通信可能衛星である。
【０１７３】
通信可能衛星検出部３２Ｂには、変復調部８Ａ、８Ｂが復調した信号も入力される。通信可能衛星検出部３２Ｂは、復調されたビーコン信号に含まれる衛星の識別情報を利用して主系列の衛星および通信不要衛星６３とは異なる衛星を通信可能衛星として検出する。
【０１７４】
通信可能衛星検出部３２Ｂは、探索に使用する系列の探索制御部２７Ａが受信信号電力のピーク方向を検出している期間のビーコン信号から、衛星の識別情報を抽出する。抽出した識別情報が通信不要衛星６３に格納されている識別情報と異なる場合に、通信可能衛星が検出できたと判断する。すべてのピーク方向を処理しても、探索に使用する系列の受信方向がピーク方向に向いている期間に抽出した識別情報が通信不要衛星６３に格納されている識別情報だけである場合は、通信可能衛星が検出しないと判断する。すべてのピーク方向を処理しても抽出されなかった識別情報を有する通信不要衛星６３は、通信不要衛星６３から削除する。
【０１７５】
二回線通信判定部３３Ａが二回線通信を不要と判断する場合は、二回線通信が不要であることを、二回線通信判定部３３Ａがモード管理部３４Ｂに通知する。
【０１７６】
通知を受けたモード管理部３４Ｂは、主通信回線での通信を中止して、主通信回線で使用していた衛星の識別情報を記憶部３５Ｂの通信不要衛星６３に記録する。通信不要衛星６３は、例えば２個まで記憶できる。モード管理部３４Ｂは、二回線モードが不要と判断された時点での主系列の通信中衛星５５を通信不要衛星６３に設定する。既に通信不要衛星６３に１個の衛星が設定されている場合は、２個目に設定する。２個の衛星が既に設定されている場合は、古い方に上書きする。
【０１７７】
実施の形態３の状態遷移図は、実施の形態２の場合の図１２と同じになる。
【０１７８】
動作を説明する。図１６は、実施の形態３に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。図１６について、実施の形態２の場合の図１３とは異なる点を説明する。ステップＳ０５Ｂ、Ｓ１３Ｂを、変更している。
【０１７９】
ステップＳ０５Ｂで、動作モード５３を探索モードにして、主通信回線で通信しながら副通信回線で通信可能衛星を探索する。ただし、通信可能衛星検出部３２Ｂは、入力されるビーコン信号から衛星の識別情報を抽出し、通信不要衛星６３に記録されている衛星は通信可能衛星として検出しない。通信不要衛星６３に記録されている衛星の識別情報を検出する場合は、その衛星の識別情報を通信不要衛星６３に残す。検出しない場合は、その識別情報を通信不要衛星６３から削除する。
【０１８０】
Ｓ１３Ｂで、主系列の通信中衛星５５を通信不要衛星６３に設定し、主系列５３に副系列であった系列を設定する。
【０１８１】
実施の形態２の場合と同様に動作して、同様の効果が得られる。衛星の識別信号を利用するので、二回線通信が不要と判断して通信を中止した衛星を通信可能衛星と誤判断する確率を小さくできる。探索不要方向を時間の経過に応じて修正する処理を不要にでき、処理が簡素になる。
【０１８２】
実施の形態４．
実施の形態４は、副通信回線が主通信回線になることなく通信できなくなる場合も、２回線通信が不要と判断するように実施の形態２を変更した場合である。副通信回線が主通信回線になることなく通信できなくなる場合を、副通信回線で通信できなくなる前に検出して、二回線モードを中止する。ハンドオーバに結びつかない二回線モードの時間を短くでき、時間で平均した主通信回線の受信信号強度を実施の形態２の場合よりも大きくできる。実施の形態１または実施の形態３を変更してもよい。
【０１８３】
図１７を参照して、この発明の実施の形態４に係る通信装置の構成を説明する。図１７について、実施の形態２の場合の図１１と異なる点を説明する。通信装置４０Ｃが有する制御部１１Ｃは、二回線通信判定部３３Ｃを変更している。
【０１８４】
二回線通信判定部３３Ｃは、副通信回線の受信信号強度が減少している場合も二回線通信が可能であっても不要な場合と判断して、二回線通信を中止する。副通信回線の受信信号強度が減少している場合は、やがて副通信回線が通信できなくなり、副通信回線にハンドオーバされる可能性は非常に小さい。
【０１８５】
二回線通信判定部３３Ｃの動作を表現するために、以下の変数を定義する。
ＫＡ：系列Ａの受信信号強度５１Ａの変化速度。
ＫＢ：系列Ｂの受信信号強度５１Ｂの変化速度。
Ｋsub：副系列の受信信号強度(Ｇsub)の変化速度。
なお、変化速度とは、適切な長さの期間で平均した変化速度である。平均をとる期間の長さは、受信信号強度５１Ａ、５１Ｂの計測誤差の大きさを考慮して、実際には受信信号強度５１Ａ、５１Ｂが減少していない場合に減少していると誤判断することが無いように決める。また、減少している場合を、受信信号強度５１Ａ、５１Ｂの変化速度が、適切に決めた負の値より小さい場合で判断してもよい。
【０１８６】
二回線通信判定部３３Ｃは、副通信回線の受信信号強度が主通信回線の受信信号強度よりも大きくなるか、副通信回線の受信信号強度が減少する場合に、二回線通信が不要と判断する。つまり、以下のように判断する。
（１）主系列５４が系列Ａである場合
ＧＡ≧ＧＢ≧ＨＴ and ＫＢ≧０    二回線通信が必要
ＧＡ≧ＧＢ≧ＨＴ and ＫＢ＜０    二回線通信が不要
ＧＢ＞ＧＡ≧ＨＴ                 二回線通信が不要
ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ                 二回線通信を維持できない
ＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢ                 二回線通信を維持できない
（２）主系列５４が系列Ｂである場合
ＧＢ≧ＧＡ≧ＨＴ and ＫＡ≧０    二回線通信が必要
ＧＢ≧ＧＡ≧ＨＴ and ＫＡ＜０    二回線通信が不要
ＧＡ＞ＧＢ≧ＨＴ                 二回線通信が不要
ＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢ                 二回線通信を維持できない
ＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡ                 二回線通信を維持できない
【０１８７】
図１８は、この発明の実施の形態４に係る通信装置の状態の変化を説明する状態遷移図である。図１８について、実施の形態２の場合の図１２と異なる点を説明する。（二回線、系列Ａ）であるＳＴ０６Ａおよび（二回線、系列Ｂ）であるＳＴ０６Ｂから変化する条件が、異なっている。
【０１８８】
（二回線、系列Ａ）であるＳＴ０６Ａにおいて、ＴＴが経過してＧＡ≧ＧＢ≧ＨＴかつＫＢ≧０である場合は、二回線通信が可能であり、かつハンドオーバの可能性があるので、ＳＴ０６Ａが継続する。ＴＴが経過してＧＡ≧ＨＴ＞ＧＢまたは(ＧＡ≧ＧＢ≧ＨＴかつＫＢ＜０)を検出する場合は、主衛星から副衛星へハンドオーバできないと判断して、（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａに変化する。ＴＴが経過してＧＢ≧ＨＴかつＧＢ＞ＧＡを検出する場合は、ハンドオーバして、（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂに変化する。
【０１８９】
（二回線、系列Ｂ）であるＳＴ０６Ｂにおいて、ＴＴが経過してＧＡ≧ＧＢ≧ＨＴかつＫＡ≧０である場合は、二回線通信が可能であり、かつハンドオーバの可能性があるので、ＳＴ０６Ｂが継続する。ＴＴが経過してＧＢ≧ＨＴ＞ＧＡまたは(ＧＢ≧ＧＡ≧ＨＴかつＫＡ＜０)を検出する場合は、ハンドオーバできないと判断して、（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂに変化する。ＴＴが経過してＧＡ≧ＨＴかつＧＡ＞ＧＢを検出する場合は、ハンドオーバして、（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａに変化する。
【０１９０】
動作を説明する。図１９は、実施の形態４に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。図１９について、実施の形態３の場合の図１６とは異なる点を説明する。ステップＳ１４，Ｓ１５を追加している。
【０１９１】
主通信回線の受信信号強度(Ｇmain)が副通信回線の受信信号強度(Ｇsub)以上(Ｇmain≧Ｇsub)である場合（Ｓ１２ＡでＹＥＳ）は、Ｓ１４へ進む。Ｓ１４では、Ｇsubの変化速度(Ｋsub)が負かどうかをチェックする。Ｋsub＜０である場合（Ｓ１４でＹＥＳ）は、主衛星から副衛星へハンドオーバできないと判断して、二回線通信を中止する。ステップＳ１５で、副系列の通信中衛星５５を通信不要衛星６３に設定する。Ｋsub＜０でない場合（Ｓ１４でＮＯ）およびＳ１５の実行後は、Ｓ０９へ戻り、二回線モードを継続する。
【０１９２】
図２０は、実施の形態４に係る通信装置でハンドオーバできない状況を早く検出できる航跡の例を示す図である。２個の衛星８１、８４のビーム範囲９１、９４を、それぞれ円で表す。航空機７０が、図において実線で示す航跡７７を移動する。
【０１９３】
図２１は、図２０に示す航跡の例での実施の形態４に係る通信装置の受信信号強度の変化を示す図である。図２１(A)に、衛星８１および衛星８４の電波の強度を示す。図２１(B)に、通信装置４０Ｃが受信する受信信号強度を示す。主通信回線として受信している場合に実線で表現し、副通信回線として受信している場合を点線で示す。実施の形態２の通信装置４０Ａが受信する受信信号強度を細い実線で示す。
【０１９４】
航空機７０が空間点Ｐ１１に存在する場合は、主通信回線で衛星８１を追尾して探索モードで動作する。航空機７０が空間点Ｐ１２に移動すると、衛星８４との通信が可能になる。説明を簡単にするため、空間点Ｐ１２から衛星８４に中継される通信回線が副通信回線として使用できるとする。空間点Ｐ１３で、衛星８４に中継される副通信回線の受信信号強度の変化速度が減少に変化する。空間点Ｐ１４で、衛星８４との通信が不可能になる。
【０１９５】
通信装置４０Ｃは、空間点Ｐ１２から空間点Ｐ１３まで二回線モードで通信し、その他の区間では衛星８１で中継される回線を主通信回線として探索モードで動作する。通信装置４０Ａは、空間点Ｐ１２から空間点Ｐ１４まで二回線モードで通信する。通信装置４０Ｃは、空間点Ｐ１３で衛星８４へはハンドオーバできないことを検出するので、通信装置４０Ａよりも早く探索モードに戻る。通信装置４０Ｃでは、空間点Ｐ１３から空間点Ｐ１４までは、通信装置４０Ａよりも受信信号強度が大きい。通信装置４０Ｃは、ハンドオーバに結びつかない二回線モードの時間を短くでき、時間で平均した主通信回線の受信信号強度を実施の形態２の場合よりも大きくできる。
【０１９６】
通信装置４０Ｃは、ハンドオーバする際には通信装置４０Ａと同様に動作する。通信装置４０Ｃでも、異なる衛星で中継される通信回線への切替時に、通信相手７１と通信できない期間が発生しない。
【０１９７】
実施の形態５．
実施の形態５は、二回線モードにおいて副通信回線の受信信号強度を通信可能な強度以上にした上で主通信回線の受信信号強度を大きくするように、実施の形態４を変更した場合である。図２２は、この発明の実施の形態５に係る通信装置の構成を説明するブロック図である。図２２について、実施の形態４の場合の図１７と異なる点を説明する。
【０１９８】
通信装置４０Ｄが有する制御部１１Ｄは、電力配分率決定部３８を有する。また、受信モジュール制御部２８ＤＡ、２８ＤＢ、送信モジュール制御部２９ＤＡ、２９ＤＢ、二回線通信判定部３３Ｄ、記憶部３５Ｄを変更している。
【０１９９】
記憶部３５Ｄには、受信電力配分率６４Ａ、６４Ｂ、送信電力配分率６５Ａ、６５Ｂを追加している。
【０２００】
受信モジュール制御部２８ＤＡは、受信電力配分率６４Ａを参照して、受信モジュール１５Ａに供給する電力を制御する。受信モジュール制御部２８ＤＢは、受信電力配分率６４Ｂを参照して、受信モジュール１５Ｂに供給する電力を制御する。送信モジュール制御部２９ＤＡは、送信電力配分率６５Ａを参照して、送信モジュール１８Ａに供給する電力を制御する。送信モジュール制御部２９ＤＢは、送信電力配分率６５Ｂを参照して、送信モジュール１８Ｂに供給する電力を制御する。
【０２０１】
実施の形態１の受信モジュール制御部２８Ａ、２８Ｂは、受信電力配分部３０から通知された配分率にしたがい受信モジュール１５Ａ、１５Ｂに供給する電力を制御する。送信モジュール制御部２９Ａ、２９Ｂは、送信電力配分部３１から通知された配分率にしたがい送信モジュール１８Ａ、１８Ｂに供給する電力を制御する。
【０２０２】
通信装置４０Ｄでは、電力配分率決定部３８が、動作モード５３、主系列５４、受信信号強度５１Ａ、５１Ｂを参照して、受信電力配分率６４Ａ、６４Ｂ、送信電力配分率６５Ａ、６５Ｂを設定する。受信モジュール制御部２８ＤＡ、２８ＤＢは、動作モード５３と主系列５４を参照せず、受信電力配分率６４Ａ、６４Ｂを参照する。送信モジュール制御部２９ＤＡ、２９ＤＢは、動作モード５３と主系列５４を参照せず、送信電力配分率６５Ａ、６５Ｂを参照する。
【０２０３】
電力配分率決定部３８は、副通信回線の受信信号強度および送信信号強度を通信可能な強度以上にして主通信回線の受信信号強度および送信信号強度が大きくなるように、受信電力配分率６４Ａ、６４Ｂ、送信電力配分率６５Ａ、６５Ｂを設定する。受信電力配分率６４Ａ、６４Ｂは、合計が一定である受信電力を系列Ａと系列Ｂにどのように配分するかを表す。送信電力配分率６５Ａ、６５Ｂは、合計が一定である送信電力を系列Ａと系列Ｂにどのように配分するかを表す。
【０２０４】
実施の形態１から４では、探索モードでは主通信回線の受信電力配分は９０％、送信電力配分は１００％である。二回線モードでは、主通信回線の受信電力配分は５０％、送信電力配分は５０％である。そのため、探索モードから二回線モードに変化すると、主通信回線の受信信号強度および送信信号強度は、探索モードの時よりも低下する。実施の形態５では、探索モードから二回線モードに変化する場合に、主通信回線の受信信号強度および送信信号強度の低下をより小さくするように、電力配分率決定部３８を追加している。
【０２０５】
受信信号強度は、受信アンテナ１が受信する電波の強度にほぼ比例し、素子受信信号処理部５で使用する電力にもほぼ比例する。通信装置４０Ｄでは、電力配分率を変化させるので、受信信号強度では通信可能かどうか判断できない。通信装置４０Ｄは、受信信号強度の使用電力に対する感度係数を閾値と比較することで、通信回線が通信可能かどうかを判断する。
以下のように、変数を定義する。
βＡ：二回線モードでの系列Ａの電力配分率。
βＢ：二回線モードでの系列Ｂの電力配分率。βＡ＋βＢ＝１００％
βsub：二回線モードでの副系列の電力配分率。βsub≦５０％
βmain：二回線モードでの主系列の電力配分率。βmain＝１００％−βsub
γＡ：系列Ａの受信信号強度５１Ａの感度係数。γＡ＝ＧＡ／βＡ
γＢ：系列Ｂの受信信号強度５１Ｂの感度係数。γＢ＝ＧＢ／βＡ
γmain：主系列の受信信号強度５１Ｂの感度係数。
γsub：副系列の受信信号強度５１Ｂの感度係数。
δ：感度係数γＡ、γＢの許容する減少量。δ≧０
ＨＣ：通信可能かどうかを判断する感度係数に対する閾値。
ＭＡ：系列Ａの受信信号強度５１Ａの感度係数の変化速度。
ＭＢ：系列Ｂの受信信号強度５１Ｂの感度係数の変化速度。
Ｍsub：副系列の受信信号強度の感度係数(γsub)の変化速度。
【０２０６】
感度係数γＡ、γＢに対する閾値ＨＣは、βＡ＝βＢ＝βＴ＝５０％である場合に、受信信号強度ＧＡ、ＧＢに対する閾値ＨＴと同じように通信可能かどうかを判断できる必要がある。そのため、以下のように設定する。
ＨＣ＝ＨＴ／βＴ                      (2)
感度係数γＡ、γＢの許容する減少量δは、計測誤差などを考慮して適切に決める。
【０２０７】
電力配分率決定部３８は、二回線モードでは以下のようにして電力配分比率βＡｎ、βＢｎを決定する。ここで、上付きの添え字ｎは、時点を表す。二回線モード開始時を時点０として、電力配分率の初期値は、以下のように設定する。
βＡ０＝βＢ０＝βＴ＝５０％
ｎ時点で系列Ａも系列Ｂも通信可能である場合は、以下のようにしてｎ＋１時点での電力配分率βＡｎ＋１、βＢｎ＋１を決定する。ここで、感度係数γＡ、γＢが実際には減少していない場合は、以下が成立するものとする。
γＡｎ＋１≧γＡｎ−δ、γＢｎ＋１≧γＢｎ−δ    (3)
（１）主系列５４が系列Ａである場合
βＢｎ＋１＝βsub＝min((ＨＣ／(γＢｎ−δ))*βＴ, βＴ)
βＡｎ＋１＝βmain＝１００−βＢｎ＋１
（２）主系列５４が系列Ｂである場合
βＡｎ＋１＝βsub＝min((ＨＣ／(γＡｎ−δ))*βＴ, βＴ)
βＢｎ＋１＝βmain＝１００−βＡｎ＋１
なお、ｎ時点で系列Ａまたは系列Ｂが通信可能でない場合は、ｎ＋１時点では二回線モードから探索モードへ変化する。
【０２０８】
上に示すようにβＡｎ＋１、βＢｎ＋１を設定すれば、式(3)が成立する場合には、以下となる。下限値ＨＴは、二回線モードでの受信信号強度下限値である。
（１）主系列５４が系列Ａである場合
ＧＢｎ＋１＝γＢｎ＋１*βＢｎ＋１
≧(γＢｎ−δ)*(ＨＣ／(γＢｎ−δ))*βＴ＝ＨＣ*βＴ＝ＨＴ
（２）主系列５４が系列Ｂである場合
ＧＡｎ＋１＝γＡｎ＋１*βＡｎ＋１
≧(γＡｎ−δ)*(ＨＣ／(γＡｎ−δ))*βＴ＝ＨＣ*βＴ＝ＨＴ
電力配分率決定部３８は、副系列の受信信号強度ＧＡｎ＋１またはＧＢｎ＋１が通信可能な下限値ＨＴ以上になるように制御する。ただし、副系列に配分する電力の配分率は５０％までとする。つまり、副系列の受信電力は、主系列の受信電力以下にする。二回線モードを継続するのは、副通信回線の受信信号強度Ｇsubが主通信回線の受信信号強度Ｇmainよりも小さい（Ｇsub＜Ｇmain）場合である。したがって、電力配分率決定部３８は、副通信回線の受信信号強度Ｇsubが通信可能な下限値ＨＴ以上になるように制御する。
【０２０９】
電力配分率決定部３８は、送信電力の主系列と副系列の配分率を、受信電力の配分率と同じに決める。なお、送信電力の主系列と副系列の配分が、受信電力の配分率と異なってもよい。
【０２１０】
図２３は、実施の形態５に係る通信装置の動作モードでのアンテナの使用状態を例により説明する図である。二回線モードでの受信および送信の電力配分率が、受信信号強度の感度係数に応じて変化する。
【０２１１】
二回線通信判定部３３Ｄは、副通信回線の受信信号強度の感度係数が主通信回線の受信信号強度の感度係数よりも大きくなるか、副通信回線の受信信号強度の感度係数が減少する場合に、二回線通信が不要と判断する。つまり、以下のように判断する。
（１）主系列５４が系列Ａである場合
γＡ≧γＢ≧ＨＣ and ＭＢ≧０    二回線通信が必要
γＡ≧γＢ≧ＨＣ and ＭＢ＜０    二回線通信が不要
γＢ＞γＡ≧ＨＣ                 二回線通信が不要
γＢ≧ＨＣ＞γＡ                 二回線通信を維持できない
γＡ≧ＨＣ＞γＢ                 二回線通信を維持できない
（２）主系列５４が系列Ｂである場合
γＢ≧γＡ≧ＨＣ and ＭＡ≧０    二回線通信が必要
γＢ≧γＡ≧ＨＣ and ＭＡ＜０    二回線通信が不要
γＡ＞γＢ≧ＨＣ                 二回線通信が不要
γＡ≧ＨＣ＞γＢ                 二回線通信を維持できない
γＢ≧ＨＣ＞γＡ                 二回線通信を維持できない
【０２１２】
図２４は、この発明の実施の形態５に係る通信装置の状態の変化を説明する状態遷移図である。図２４について、実施の形態４の場合の図１８と異なる点を説明する。（二回線、系列Ａ）であるＳＴ０６Ａおよび（二回線、系列Ｂ）であるＳＴ０６Ｂから変化する条件が異なっている。
【０２１３】
（二回線、系列Ａ）であるＳＴ０６Ａにおいて、ＴＴが経過してγＡ≧γＢ≧ＨＣかつＭＢ≧０である場合は、二回線通信が可能であり、かつハンドオーバの可能性があるので、ＳＴ０６Ａが継続する。ＴＴが経過してγＡ≧ＨＣ＞γＢまたは(γＡ≧γＢ≧ＨＣかつＭＢ＜０)を検出する場合は、ハンドオーバできないと判断して、（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａに変化する。ＴＴが経過してγＢ≧ＨＣかつγＢ＞γＡを検出する場合は、ハンドオーバして、（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂに変化する。
【０２１４】
（二回線、系列Ｂ）であるＳＴ０６Ｂにおいて、ＴＴが経過してγＡ≧γＢ≧ＨＴかつＭＡ≧０である場合は、二回線通信が可能であり、かつハンドオーバの可能性があるので、ＳＴ０６Ｂが継続する。ＴＴが経過してγＢ≧ＨＴ＞γＡまたは(γＢ≧γＡ≧ＨＣかつＭＡ＜０)を検出する場合は、ハンドオーバできないと判断して、（探索、系列Ｂ）であるＳＴ０４Ｂに変化する。ＴＴが経過してγＡ≧ＨＣかつγＡ＞γＢを検出する場合は、ハンドオーバして、（探索、系列Ａ）であるＳＴ０４Ａに変化する。
【０２１５】
動作を説明する。図２５は、実施の形態５に係る通信装置の動作を説明するフローチャートである。図２５について、実施の形態４の場合の図１９とは異なる点を説明する。ステップＳ０９Ｄ、Ｓ１１Ｄ、Ｓ１２Ｄ、Ｓ１４Ｄを変更している。
【０２１６】
ステップＳ０９Ｄで、動作モード５３を二回線モードにして、主通信回線および副通信回線で通信する。電波の強度に応じて、受信および送信の主系列と副系列の電力の配分率を変更する。電力配分率決定部３８は、受信および送信の電力配分率を副系列すなわち副通信回線の受信信号強度Ｇsubが通信可能な下限値ＨＴ以上になるように、かつ主系列の電力配分率が５０％以上になるように制御する。二回線モードを開始する時は、受信および送信の電力配分率を主系列５０％、副系列５０％に設定する。ステップＳ１０で、通信停止が入力されたかチェックする。通信停止が入力されている場合（Ｓ１０でＹＥＳ）は、通信を終了する。
【０２１７】
通信停止が入力されていない場合（Ｓ１０でＮＯ）は、ステップＳ１１Ｄで、副通信回線の信号強度の感度係数(γsub)が下限値(ＨＣ)以上かどうかチェックする。γsub≧ＨＣであれば、副通信回線は通信可能である。γsub≧ＨＣでない場合（Ｓ１１ＤでＮＯ）は、Ｓ０５Ａへ戻り、探索モードで動作する。
【０２１８】
副通信回線が通信可能である場合（Ｓ１１ＤでＹＥＳ）は、ステップＳ１２Ｄで主通信回線の受信信号強度の感度係数(γmain)が副通信回線の受信信号強度の感度係数(γsub)以上かチェックする。γmainがγsubよりも小さい場合（Ｓ１２ＤでＮＯ）は、二回線通信が不要であり、主衛星から副衛星へハンドオーバする。Ｓ１３Ａで、主系列の指向方向を探索不要方向６２に設定し、主系列５３に副系列であった系列を設定する。そして、Ｓ０５Ａへ戻り、探索モードで動作する。
【０２１９】
γmainがγsub以上である場合（Ｓ１２ＤでＹＥＳ）は、Ｓ１４Ｄへ進む。Ｓ１４Ｄでは、γsubの変化速度(Ｍsub)が負かどうかをチェックする。Ｍsub＜０である場合（Ｓ１４ＤでＹＥＳ）は、主衛星から副衛星へハンドオーバできないと判断して、二回線通信を中止する。ステップＳ１５で、副系列の指向方向を探索不要方向６２に設定する。Ｍsub＜０でない場合（Ｓ１４ＤでＮＯ）およびＳ１５の実行後は、Ｓ０９Ｄへ戻り、二回線モードを継続する。
【０２２０】
二回線モードにおいて、副通信回線の受信信号強度を通信可能な値以上にし、主通信回線の電力配分率が５０％以上になるように電力配分率を決めるので、二回線モードの電力配分率が主系列も副系列も５０％である場合よりも、主通信回線の受信信号強度が大きくできる。
【０２２１】
二回線モードにおいて、副通信回線の受信信号強度(Ｇsub)が受信信号強度下限値(ＨＴ)以上になり、かつ主通信回線の電力配分率が５０％以上になるように電力配分率を決める方法であれば、ここで示した以外の方法でも同様の効果がある。
【０２２２】
その他の点では、実施の形態４と同様に動作し、同様の効果が得られる。
【０２２３】
本発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。
【符号の説明】
【０２２４】
１００  衛星通信システム
７０  航空機（移動体）
７１  通信相手
７２Ａ、７２Ｂ  受信ビーム
７３Ａ、７３Ｂ  送信ビーム
７５、７６、７７  航跡
８１、８２、８３、８４、８５  衛星
９１、９４、９５  衛星のビーム範囲
４０、４０Ｘ、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ  通信装置
４１  信号処理装置
４２  ＣＰＵ(Central processing Unit)
４３  メモリ部
４４  主装置
４５  慣性航法装置
４６Ａ、４６Ｂ  制御信号線
４７Ａ、４７Ｂ  制御信号線
４８Ａ、４８Ｂ  制御信号線
４９  制御信号線
５０  制御信号線
１  素子受信アンテナ
２  受信アンテナ
３  素子送信アンテナ
４  送信アンテナ
５  素子受信信号処理部
６  素子送信信号生成部
７Ａ、７Ｂ  信号強度計測部
８Ａ、８Ｂ、８ＸＡ、８ＸＢ  変復調部
９、９Ｘ  受信切替回路
１０、１０Ｘ  送信切替回路
１１、１１Ｘ、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ  制御部
１２  電源
１３Ａ、１３Ｂ  出力端子
１４Ａ、１４Ｂ  合成回路
１５Ａ、１５Ｂ  受信モジュール
１６Ａ、１６Ｂ  入力端子
１７Ａ、１７Ｂ  分配回路
１８Ａ、１８Ｂ  送信モジュール
１９Ａ、１９Ｂ  移相器
２０Ａ、２０Ｂ  増幅器
２１Ａ、２１Ｂ  移相器
２２Ａ、２２Ｂ  増幅器
２３  回線管理部
２４  周波数制御部
２５  通信制御部
２６Ａ、２６Ｂ  追尾制御部（指向方向制御部）
２７Ａ、２７Ｂ、２７ＡＡ、２７ＡＢ  探索制御部（指向方向制御部）
２８Ａ、２８Ｂ、２８ＤＡ、２８ＤＢ  受信モジュール制御部（指向方向制御部）
２９Ａ、２９Ｂ、２９ＤＡ、２９ＤＢ  送信モジュール制御部（指向方向制御部）
３０  受信電力配分部
３１  送信電力配分部
３２、３２Ａ、３２Ｂ  通信可能衛星検出部
３３、３３Ａ、３３Ｃ、３３Ｄ  二回線通信判定部
３４、３４Ａ、３４Ｂ  モード管理部
３５、３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｄ  記憶部
３６  機体姿勢取得部
３８  電力配分率決定部
５１Ａ、５１Ｂ  受信信号強度
５２  機体姿勢データ
５３  動作モード
５４  主系列
５５Ａ、５５Ｂ  通信中衛星
５６Ａ、５６Ｂ  受信回線周波数
５７Ａ、５７Ｂ  送信回線周波数
５８Ａ、５８Ｂ  受信周波数
５９Ａ、５９Ｂ  送信周波数
６０Ａ、６０Ｂ  指向方向
６１  探索パターン
６２  探索不要方向
６３  通信不要衛星
６４Ａ、６４Ｂ  受信電力配分率
６５Ａ、６５Ｂ  送信電力配分率
【図１】
2019078348.tif 000003
【図２】
2019078348.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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