(57)【要約】【課題】電波星の代わりに２個以上の人工衛星を用い、各衛星からの受信波を地上局の設備内で干渉させることにより地上局が設置された地殻の変位を観測する地殻変位検知システムを得る。【解決手段】宇宙空間に配置され、リトロディレクティブアンテナ装置２０ａ、２０ｂをそれぞれ搭載し、軌道位置が既知である人工衛星１０ａ、１０ｂと、地球上に配置され、人工衛星１０ａ、１０ｂに向けてそれぞれアンテナビームを同時に送信し、リトロディレクティブアンテナ装置２０ａ、２０ｂによりそれぞれ送り返された受信波を受信する地上局アンテナ２と、地上局アンテナ２が２波の受信波を受信する時間の差に基づいて、人工衛星を基準とした地上局アンテナ２の位置を求める干渉装置３と、干渉装置３により求められた地上局アンテナの複数個の位置に基づいて地上局アンテナ２が配置された地球上の地殻の変位を検知する地上局位置記録装置４とを設けた。【選択図】図１
2006058074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙空間に配置され、第１及び第２のリトロディレクティブアンテナ装置をそれぞれ搭載し、軌道位置が既知である第１及び第２の人工衛星と、
地球上に配置され、前記第１及び第２の人工衛星に向けてそれぞれ第１及び第２のアンテナビームを同時に送信し、前記第１及び第２のリトロディレクティブアンテナ装置によりそれぞれ送り返された第１及び第２の受信波を受信する地上局アンテナと、
前記地上局アンテナが前記第１及び第２の受信波を受信する時間の差に基づいて、前記第１及び第２の人工衛星を基準とした前記地上局アンテナの位置を求める干渉装置と、
前記干渉装置により求められた前記地上局アンテナの複数個の位置に基づいて前記地上局アンテナが配置された地球上の地殻の変位を検知する演算装置と
を備えたことを特徴とする地殻変位検知システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の人工衛星として、複数個の準静止衛星のうち、２個の準静止衛星ペアを使用し、前記複数個の準静止衛星を所定の時間毎に切り替えることによって、前記準静止衛星ペアを結ぶ基線方向の地殻の変位を検知する
ことを特徴とする請求項１記載の地殻変位検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星を用いて地殻の変位を検知する地殻変位検知システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、提唱されている地殻変位検知システム、例えば、地震を引き起こす地殻変位を観測する首都圏システムでは、方向が既知の電波星を利用したＶＬＢＩ（Very Long Baseline Interferometer：超長基線電波干渉計）により活断層の変位を観測するものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】高橋富士信、近藤哲郎、高橋幸雄共著：ウェーブサミット講座「ＶＬＢＩ技術」、オーム社、平成９年６月１０日、ｐｐ．２６−２９、ｐｐ．１１２−１１４、ｐｐ．２０９−２１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の地殻変位検知システムは、電波星と地上の距離が長いため地上のアンテナ開口径が増大し、また各々の地上局での受信波を干渉させるＶＬＢＩ技術において観測精度を高めるためには地上局間の距離が増大し、特にオンライン観測を行う場合には通信設備が増大し、いずれにおいても建設費用が増大するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、電波星の代わりに２個以上の人工衛星を用い、各衛星からの受信波を地上局の設備内で干渉させることにより地上局が設置された地殻の変位を観測し、これにより地上局の設備を簡素化することができる地殻変位検知システムを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る地殻変位検知システムは、宇宙空間に配置され、第１及び第２のリトロディレクティブアンテナ装置をそれぞれ搭載し、軌道位置が既知である第１及び第２の人工衛星と、地球上に配置され、前記第１及び第２の人工衛星に向けてそれぞれ第１及び第２のアンテナビームを同時に送信し、前記第１及び第２のリトロディレクティブアンテナ装置によりそれぞれ送り返された第１及び第２の受信波を受信する地上局アンテナと、前記地上局アンテナが前記第１及び第２の受信波を受信する時間の差に基づいて、前記第１及び第２の人工衛星を基準とした前記地上局アンテナの位置を求める干渉装置と、前記干渉装置により求められた前記地上局アンテナの複数個の位置に基づいて前記地上局アンテナが配置された地球上の地殻の変位を検知する演算装置とを設けたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る地殻変位検知システムは、電波星の代わりに２個以上の人工衛星を用い、各衛星からの受信波を地上局の干渉装置で干渉させることにより地上局が設置された地殻の変位を観測し、これにより地上局の設備を簡素化することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る地殻変位検知システムについて図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る地殻変位検知システムの構成を示す図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る地殻変位検知システムの準静止衛星の衛星軌道を示す図である。さらに、図３は、この発明の実施の形態１に係る地殻変位検知システムの干渉装置の動作原理を説明するための図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【０００９】
図１において、この発明の実施の形態１に係る地殻変位検知システムは、地球１００上の観測地（地殻）に設置され、人工衛星の軌道上の位置などを事前に蓄積する衛星位置蓄積部１と、地上局アンテナ２と、干渉装置３と、地上局位置記録装置（演算装置）４と、宇宙空間に配置され、リトロディレクティブアンテナ装置２０ａ、２０ｂをそれぞれ搭載した人工衛星１０ａ、１０ｂとが設けられている。なお、システムの起動や地殻変位の演算を行うパソコンなどの計算機を設け、衛星位置蓄積部１と地上局位置記録装置４の機能を含ませてもよい。
【００１０】
地上局アンテナ２は、２個の人工衛星１０ａ、１０ｂに独立にアクセスするために２ビームアンテナ形式を有する。
【００１１】
リトロディレクティブアンテナ装置２０ａ、２０ｂは、受信した信号の到来方向を検知し、到来方向へ向けて電波を送信する装置であり、既に広く使用されているものである。
【００１２】
つぎに、この実施の形態１に係る地殻変位検知システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
地上局アンテナ２は、地球１００上の地殻変位を観測したい位置に設置され、例えば、パソコンからの起動指令に基づいて、衛星位置蓄積部１から送られてきた人工衛星１０ａ、１０ｂの軌道上の位置に基き、アンテナの向きを人工衛星１０ａ、１０ｂへ向け、同時に２ビームを２個の人工衛星１０ａ、１０ｂへ送信する。
【００１４】
地上局アンテナ２から２個の人工衛星１０ａ、１０ｂへ同時に送信する際の送信波（電波）は、例えば電波の進行方向に対して垂直な波面を持つ平面波である。
【００１５】
人工衛星１０ａ、１０ｂでは、地上局アンテナ２からの送信波を受信した後に、人工衛星１０ａ、１０ｂにそれぞれ搭載されたリトロディレクティブアンテナ装置２０ａ、２０ｂによって地上局アンテナ２へ信号を送り返す。地上局アンテナ２で受信された２個の受信波は、干渉装置３へ送られる。
【００１６】
この干渉装置３では、これら受信２波が干渉装置３へ入力される時間の差から、地上局アンテナ２と人工衛星１０ａ間の距離と、地上局アンテナ２と人工衛星１０ｂ間の距離の差ｘを検出する。
【００１７】
リトロディレクティブアンテナ装置２０ａ、２０ｂが電波を受信してから地上局アンテナ２へ向けて送信するまでに要する時間は一定である。地上局アンテナ２が人工衛星１０ａ、１０ｂに電波を送信してから受信するまでの時間をそれぞれτａ、τｂ、光速をｃ０とすると、次の式により、差ｘを求めることができる。
【００１８】
ｘ＝（τｂ−τａ）×ｃ０
【００１９】
干渉装置３では、この地上局アンテナ２と２衛星間距離の差ｘと、人工衛星１０ａ、１０ｂの軌道位置から求められる衛星間距離ｄと、さらには地上局アンテナ２から送信される２ビーム間の角度ｙの情報から、人工衛星１０ａ、１０ｂを基準とした地上局アンテナ２の位置を計算することができる。
【００２０】
図３に示すように、地上局アンテナ２と人工衛星１０ａとの距離をｔａ、人工衛星１０ｂとの距離をｔｂとすると、次の式で表される。
【００２１】
ｔｂ＝ｔａ＋ｘ
【００２２】
これらの差ｘ、衛星間距離ｄ、距離ｔａ、角度ｙから、余弦定理より、次の式が成り立つ。
【００２３】
ｄ２＝ｔａ２＋（ｔａ＋ｘ）２−２×ｔａ×（ｔａ＋ｘ）×ｃｏｓ（ｙ）
【００２４】
この式より、人工衛星１０ａと地上局アンテナ２との距離ｔａ、ならびに人工衛星１０ｂと地上局アンテナ２との距離ｔｂ＝ｔａ＋ｘが求められる。
【００２５】
人工衛星１０ａを中心として、人工衛星１０ｂ方向と地上局アンテナ２方向のなす角をＡ、人工衛星１０ｂｂを中心として、人工衛星１０ａ方向と地上局アンテナ２方向のなす角をＢとする。正弦定理より、地上局アンテナ２から基線方向へ下ろした垂線の足の長さｓａは、次の式で求められる。
【００２６】
ｓａ＝ｔａ×（ｔａ＋ｘ）×ｓｉｎ（ｙ）／ｄ
【００２７】
この垂線の足と基線の交点をＨとする。人工衛星１０ａと交点Ｈとの距離ｚは、次の式で与えられる。
【００２８】
【数１】
2006058074.tif 000003
【００２９】
求められた距離ｚは、地上局位置記録装置６へ蓄積される。所定の時間毎に距離ｚを求めることにより、地上局の位置する場所の地殻変動を求めることができる。
【００３０】
すなわち、上記の観測を例えば２回行い、１回目に求まった人工衛星１０ａと交点Ｈとの距離をｚ１、２回目に求まった距離をｚ２とすると、この差分Δｚ＝ｚ２−ｚ１が、地上局アンテナ２の位置の基線方向の変位量を表す。この地上局アンテナ２の位置の変位を検知することにより、地上局付近の地殻の変位を検出することができる。
【００３１】
本実施の形態１では、宇宙空間に軌道位置の既知である人工衛星１０ａ、１０ｂを２個配置し、この２個の人工衛星１０ａ、１０ｂに向けて２個のビームを送信する地上局アンテナ２を設け、一方、この送信波を受信して更に地上局アンテナ２に送り返すリトロディレクティブアンテナ装置２０ａ、２０ｂを人工衛星１０ａ、１０ｂに搭載し、この２ビームアンテナの地上局アンテナ２に続いて干渉装置３を設けたことにより、地上局の地殻変位を観測する。
【００３２】
本実施の形態１では、人工衛星１０ａ、１０ｂを用いているため、従来の電波星を用いたシステムに比べて、通信距離がかなり短くなり通信装置が簡素化され、また地上の観測装置間の干渉は不要となり、建設費用が安価になるため、地殻変位を観測したい地上局が多数ある場合でも建設費用が莫大にならないという効果がある。
【００３３】
使用する人工衛星１０ａ、１０ｂとして、静止衛星、準静止衛星、低軌道衛星が考えられる。２４時間、常に観測するためには静止衛星、準静止衛星が選択される。
【００３４】
静止衛星は、赤道近辺の地点からは高仰角に見えるが、高緯度地域では低仰角に見える。低仰角の場合には、通信条件が変動する大気伝播の距離が増大し観測精度が劣化するため、高緯度地域では準静止衛星が有効である。
【００３５】
準静止衛星は、赤道に対して傾いた軌道を有し、地球から見た準静止衛星の衛星軌道２００を、図２に示すように、一定の地域に８の字を描くようにすることができる。
【００３６】
この図２では、８の字の上半分の衛星軌道２００は８時間で、下半分の衛星軌道２００は１６時間で一周する。この衛星軌道２００の上半分に２個の人工衛星１０ａ、１０ｂが配置されている間、地上局アンテナ２からは、２個の人工衛星１０ａ、１０ｂを結ぶ基線３００が高仰角天空で回転しているように見える。
【００３７】
すなわち、複数個の準静止衛星のうち、使用する２個の準静止衛星ペアを時間的に切り替えることによって、準静止衛星ペアを結ぶ基線方向の地殻変位成分を検出する。
【００３８】
従って、この衛星軌道２００に６個の人工衛星を配置すれば、地上局アンテナ２の高仰角上に、２４時間、常に人工衛星が存在し、回転する基線３００方向における地殻変位を観測できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る地殻変位検知システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る地殻変位検知システムの準静止衛星の衛星軌道を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る地殻変位検知システムの干渉装置の動作原理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  衛星位置蓄積部、２  地上局アンテナ、３  干渉装置、４  地上局位置記録装置、１０ａ、１０ｂ  人工衛星、２０ａ、２０ｂ  リトロディレクティブアンテナ装置、１００  地球、２００  衛星軌道、３００  基線。
【図１】
2006058074.tif 000004
【図２】
2006058074.tif 000005
【図３】
2006058074.tif 000006