(57)【要約】【課題】  互いに衛星軌道が交差した複数の非静止衛星について、衛星同士の衝突を回避しながら２つの衛星が軌道面交線付近を飛行する際の地球中心から見た衛星方向を近づける。【解決手段】  第１軌道の衛星、第２衛星および第３の衛星のうちの各々の２衛星が地球方向から見てほぼ同じ方向に見える時点での、２衛星の地球中心からの距離の差異の量を設定しこの量を満たすような近地点引数を決定して、ある軌道面交線から次の軌道面交線までの衛星の飛行時間を軌道周期の３分の１時間となるような離心率を求める。この近地点引数、離心率から第１軌道の衛星、第２衛星の軌道および第３の衛星の軌道の基準軌道を設定し、それら基準軌道の衛星質点回りに保持範囲を設定して、おのおのの軌道面交線上でそれぞれの衛星の保持範囲を重複させて通過できるようにする。【選択図】        図１
2006117180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の人工衛星が周回する第１の衛星軌道と、前記第１の衛星軌道と地球中心から見た衛星方向が交差する第２の人工衛星の第２の衛星軌道と、を決定する情報処理装置であって、
第１の人工衛星から第２の人工衛星へ通信を移行する時点での第１の人工衛星の地球中心からの距離と第２の人工衛星の地球中心からの距離との差異量を設定する軌道差異量設定部と、
前記軌道差異量設定部で設定された差異量に基づき決定される近地点引数から第１の人工衛星の軌道保持範囲と第２の人工衛星の軌道保持範囲とが地球中心から見てを重複するように通過点を決定する基準軌道設定部と、を備える情報処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報処理装置は、
昇交点赤経が１２０度づつ異なり、軌道傾斜角が４５度に等しく、近地点引数が２６０度から２８０度の間にあって等しく、軌道周期が静止衛星軌道周期にほぼ等しく設定する請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
第１の人工衛星から第２の人工衛星へ通信を移行する時点での第１の人工衛星の地球中心からの距離と、第２の人工衛星の地球中心からの距離との差異量から決定される近地点引数に基づき、第１の人工衛星の保持範囲と第２の人工衛星の保持範囲とが地球中心から見て重複するように第１の人工衛星の軌道制御を行う軌道制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の軌道制御装置は、
昇交点赤経が１２０度づつ異なり、軌道傾斜角が４５度に等しく、近地点引数が２６０度から２８０度の間にあって等しく、軌道周期が静止衛星軌道周期にほぼ等しい衛星軌道を設定する請求項３に記載の軌道制御装置。
【請求項５】
他の人工衛星が周回する第１の衛星軌道と地球中心から見て交差する第２の衛星軌道を周回する人工衛星であって、
前記他の人工衛星及び自人工衛星が各々の衛星軌道を周回する際に保持範囲を設け、前記他の人工衛星および、自人工衛星の地球中心からの距離の差異量により決められた近地点引数に基づき、前記他の人工衛星の保持範囲と自人工衛星の保持範囲とが地球中心から見て重複する第２の衛星軌道を周回する人工衛星。
【請求項６】
請求項５に記載の人工衛星は、
昇交点赤経が１２０度づつ異なり、軌道傾斜角が４５度に等しく、近地点引数が２６０度から２８０度の間にあって等しく、軌道周期が静止衛星軌道周期にほぼ等しく設定された人工衛星とする請求項５に記載の人工衛星。
【請求項７】
第１の衛星軌道を周回する第１の人工衛星と、前記第１の衛星軌道と地球中心から見た衛星方向が交差する第２の衛星軌道を周回する第２の人工衛星とが通信可能であり、所定の衛星切替え時期に通信対象の人工衛星を第１の人工衛星から第２の人工衛星に切替える通信装置であって、
第１の人工衛星の保持範囲及び第２の人工衛星の保持範囲を設け、第１の人工衛星および第２の人工衛星の軌道差異量により決められた近地点引数に基づき、第１の人工衛星の保持範囲と第２の人工衛星の保持範囲とが地球中心から見て重複したときに第１の人工衛星から第２の人工衛星に通信を切替える通信装置。
【請求項８】
請求項７に記載の通信装置は、
昇交点赤経が１２０度づつ異なり、軌道傾斜角が４５度に等しく、近地点引数が２６０度から２８０度の間にあって等しく、軌道周期が静止衛星軌道周期にほぼ等しく設定される請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
第１の衛星軌道を周回する第１の人工衛星と、第１の衛星軌道と地球中心から見た衛星方向が交差する第２の衛星軌道を周回する第２の人工衛星と通信を行うとともに、所定の衛星切替え時期に、通信対象の人工衛星を第１の人工衛星から第２の人工衛星に切替える通信方法であって、
第１の人工衛星及び第２の人工衛星が各々の衛星軌道を周回する際に保持範囲を設け、第１の人工衛星および第２の人工衛星の軌道差異量から決められた近地点引数に基づき、第１の人工衛星の保持範囲と第２の人工衛星の保持範囲とが地球中心から見て重複したときに通信切替えるを通信方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の通信方法は、
昇交点赤経が１２０度づつ異なり、軌道傾斜角が４５度に等しく、近地点引数が２６０度から２８０度の間にあって等しく、軌道周期が静止衛星軌道周期にほぼ等しく設定される請求項９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、互いに衛星軌道が交差した複数の非静止衛星の基準軌道設定技術、当該非静止衛星の軌道制御技術、当該非静止衛星と通信を行う通信技術等に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術として、特開平８−２２３１００、特開平８−３３１０３３ に開示された技術がある。これらには、イリジウム衛星（６６個）のような複数衛星と地上間の通信をするための技術が開示されていると共に、互いに衛星軌道が交差した複数の非静止衛星について、２つの衛星が会合する際の衛星間距離を近づける技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２２３１００号公報
【特許文献２】特開平８−３３１０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１及び特許文献２の従来技術が対象とするイリジウム衛星等の場合は地上から送信するＲＦ信号の指向性が低いため、ある衛星から別の衛星に通信を移す際の２つの衛星間距離に大きな制約はなく、衛星同士を近づける必要は特には無い。また、地上から複数の衛星が見える必要はあるが、それ以上の制約は特に無いと思われ軌道配置に十分柔軟性があると考えられる。
このため、上記特許文献１及び特許文献２の従来技術は、ある衛星から別の衛星に通信を移す際に衛星間の距離を近づける必要がある衛星通信には適用ができない。
【０００５】
本発明は、互いに衛星軌道が交差した複数の非静止衛星について、衛星同士の衝突を回避しながら２つの衛星が会合する際の衛星間距離を近づけることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る情報処理装置は、
第１の人工衛星が周回する第１の衛星軌道と、前記第１の衛星軌道と地球中心から見た衛星方向が交差する第２の人工衛星の第２の衛星軌道と、を決定する情報処理装置であって、
第１の人工衛星から第２の人工衛星へ通信を移行する時点での第１の人工衛星の地球中心からの距離と第２の人工衛星の地球中心からの距離との差異量を設定する軌道差異量設定部と、
前記軌道差異量設定部で設定された差異量に基づき決定される近地点引数から第１の人工衛星の軌道保持範囲と第２の人工衛星の軌道保持範囲とが地球中心から見てを重複するように通過点を決定する基準軌道設定部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ある衛星から別の衛星へ通信を切り替えるハンドオーバ時での地上からみた各衛星間の方向を小さくすることができ、地上の信号送信用のアンテナが１台で済みハンドオーバ時の送信信号の切替制御も容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
本実施の形態では、互いに衛星軌道が交差した複数の非静止衛星の基準軌道を決定する情報処理装置について説明する。
ここで、基準軌道とは衛星の飛行する軌道の目標となる基準的な軌道をいい、特定の時刻に３個の衛星がそれぞれ特定の位置にいるようにするために各衛星が飛行する上で目標とすべき基準となる軌道を意味する。
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【０００９】
図１は、実施の形態１に係る情報処理装置の対象とする非静止衛星の例である準天頂衛星の衛星軌道例を示す図である。
図１では、地球を中心とした慣性空間での３つの準天頂衛星軌道と衛星の動きを天の北極から眺めた状況を示している。図１に示すように、準天頂衛星は、第１軌道１０、第２軌道２０、第３軌道３０をそれぞれ周回する３つの人工衛星である。第１軌道１０を飛行する衛星と第２軌道２０を飛行する衛星はある時刻にそれぞれの軌道面の交線Ａ上に同時に存在して地球中心から見た衛星方向が同じ方向になり、第２軌道２０を飛行する衛星と第３軌道３０を飛行する衛星はある時刻にそれぞれの軌道面の交線Ｂ上に同時に存在して地球中心から見た衛星方向が同じ方向になり、第３軌道３０を飛行する衛星と第１軌道１０を飛行する衛星はある時刻にそれぞれの軌道面の交線Ｃ上に同時に存在して地球中心から見た衛星方向が同じ方向になる。なお、２個の衛星がある時刻にそれぞれの軌道面の交線上に同時に存在して地球中心から見た衛星方向が同じ方向になることを方向会合と呼び、２個の軌道が方向会合する交線（交線Ａ、交線Ｂ、交線Ｃ）を方向会合線と呼ぶ。準天頂衛星がある方向会合線から出発して次の方向会合線に到達するまでの時間は約８時間であり、第３軌道の衛星と第１軌道の衛星とが方向会合線Ｃで方向会合した約８時間後に、第１軌道の衛星と第２軌道の衛星とが方向会合線Ａで方向会合する。また、約１６時間後には、第２軌道の衛星と第３軌道の衛星とが方向会合線Ｂで方向会合する。そして、約２４時間後即ち１日後に方向会合線Ｃで第３軌道の衛星と第１軌道の衛星が方向会合する。この繰り返しが継続してなされる。
方向会合線Ｃから方向会合線Ａまでは、第１軌道１０を周回する第１軌道の衛星が地上局と通信可能であり、方向会合線Ａにて第２軌道２０を周回する第２軌道の衛星と方向会合し、方向会合線Ａ以降は地上局と通信を行う衛星が第２軌道の衛星に切替る。そして、第２軌道の衛星は方向会合線Ａから方向会合線Ｂまで地上局と通信可能であり、方向会合線Ｂにて第３軌道３０を周回する第３軌道の衛星と方向会合し、方向会合線Ｂ以降は地上局と通信を行う衛星が第３軌道の衛星に切替る。第３軌道の衛星は方向会合線Ｂから方向会合線Ｃまで地上局と通信が可能であり、方向会合線Ｃにて第１軌道の衛星と方向会合し、方向会合線Ｃ以降は地上局と通信を行う衛星が第１軌道の衛星に切替る。
【００１０】
各衛星の軌道要素は次のように特徴づけられる。
軌道長半径は３軌道とも共通で約４２１６４ｋｍ即ち約２３時間５６分の周期、離心率は３軌道とも共通で約０．０９９から約０．１０１の間、軌道傾斜角は３軌道とも共通で４５度、昇交点赤経は１２０度間隔に設定され、近地点引数は３軌道とも共通で約２６０度から約２８０度の間、ある同一時刻において平均近点離角は各々２４０度、１２０度、０度である。衛星の方向会合は、それぞれの軌道の軌跡が方向会合線に物理的に交わり、その交わる時刻に２つの衛星が地球中心から見て同じ方向を占めるという特徴をもつ。この特徴を持たせるのは近地点引数の関数としての特定の離心率の設定に基づく。近地点引数が約２６０度から約２８０度の間の共通な値を取る時、その値の関数として離心率は約０．０９９から約０．１０１の間の値を取らなければならない。離心率がこの値以外の異なる値を取ると、それぞれの軌道の軌跡は物理的には方向会合線で交わるが、所定の２つの衛星が方向会合線上に同時にあり地球中心から見て同じ方向を占めるということは起きない。この離心率は他の定められた軌道要素から数学的に求められる。
【００１１】
ここで、隣り合う２つの衛星が軌道の方向会合線上で方向会合し、３つの衛星が３つの軌道の方向会合線で順次方向会合するための近地点引数の関数としての離心率の導出過程を下記に示す。
図８は、赤道面と第１軌道および第２軌道のそれぞれの軌道面の交差の状況を球面三角法を使って表わしたものである。赤道面を円盤Ｗで示し、その中心点をＯで示す。点Ｏは地球の中心である。円盤Ｗ上に中心が共通で同じ径の半球面Ｔを設けその頂点をＡとする（図８〜図１１に示す、点Ａ、Ｂ、Ｃは、図１に示した方向会合線Ａ、Ｂ、Ｃとは異なる）。図８はこれら赤道面Ｗと半球面Ｔを真上から見た図であるため、点Ｏと点Ａは同じ位置を占めているように見える。
第１の軌道の軌道面と半球面Ｔとの交線をＵで示す。Ｕは半円の弧であり、赤道面Ｗとの交点をＦ、Ｇで表わす。線分ＦＧは中心Ｏを通る。点Ｏから線分ＦＧに垂直で第１の軌道面に含まれる直線が円弧Ｕと交わる点をＣとする。明らかに点Ｃは円弧Ｕの最高点、即ち赤道面Ｗから最も離れた円弧Ｕ上の点となる。
第２の軌道の軌道面と半球面Ｔとの交線をＶで示す。Ｖは半円の弧であり、赤道面Ｗとの交点をＨ、Ｉで表わす。線分ＨＩは中心Ｏを通る。点Ｏから線分ＨＩに垂直で第２の軌道面に含まれる直線が円弧Ｖと交わる点をＤとする。明らかに点Ｄは円弧Ｖの最高点、即ち赤道面Ｗから最も離れた円弧Ｖ上の点となる。
第１の軌道面を１２０度反時計周りに回転させた面が第２の軌道面である。なお、この面の回転は赤道面Ｗに垂直な軸、即ち直線ＯＡの周りになされる。第１および第２軌道の軌道傾斜角は各軌道面の軌道角運動量ベクトル（軌道面に垂直）と赤道面Ｗの北方向垂直軸、即ち直線ＯＡのなす角度であり、ここでは等しいとする。その角度をｉで表わす。具体的な例の数値としてはｉ＝４５度である。
ここで、円弧Ｕと円弧Ｖの交点をＢとする。２つの軌道の軌道傾斜角が等しいとしたことから図８で円弧ＡＢを基準として円弧ＵとＶ、点ＣとＤが対称の位置にある。これは、球面三角形ＢＩＧが２等辺三角形であることからも判る。この対称であることから、平面ＯＢＡと平面ＯＤＡのなす球面の角ＢＡＤと、平面ＯＢＡと平面ＯＣＡのなす球面の角ＢＡＣが等しくその和は１２０度になることが判る。これは、円弧Ｕを１２０度回転して円弧Ｖが得られることから点Ｃが点Ａの周りに１２０度回転して点Ｄが得られることからも判る。従って、球面の角ＢＡＤ、ＢＡＣは６０度である。
また、平面ＯＣＡは線分ＦＧに垂直であるため、平面ＯＣＦ即ちＯＣＢと垂直になる。これは球面の角ＡＣＢが直角であることを示す。同様に、平面ＯＤＡは線分ＨＩに垂直であるため、平面ＯＤＨ即ちＯＤＢと垂直になる。これは球面の角ＡＤＢが直角であることを示す。
【００１２】
図９は図８に示した幾何的な関係を第１の軌道と第２の軌道について示した図である。図９において図８と同じ記号で表わされた要素Ｗ、Ｏは図８と同じであることを示す。
Ｕ'は第１の軌道を示す閉曲線であり、赤道面Ｗを南から北に横切る昇交点をＧ'、赤道面Ｗを北から南に横切る降交点をＦ'とする。点Ｇ'は図８の直線ＯＧ上にあり、点Ｆ'は図８の直線ＯＦ上にある。第１の軌道の近地点引数が２７０度である場合は、昇交点Ｇ'から軌道の遠地点Ｃ'までの角度が９０度となり、点Ｃ'は図８の直線ＯＣ上にあることになる。
Ｖ'は第２の軌道を示す閉曲線であり、赤道面Ｗを南から北に横切る昇交点をＨ'、赤道面Ｗを北から南に横切る降交点をＩ'とする。点Ｈ'は図８の直線ＯＨ上にあり、点Ｉ'は図８の直線ＯＩ上にある。第２の軌道の近地点引数が２７０度である場合は、昇交点Ｈ'から軌道の遠地点Ｄ'までの角度が９０度となり、点Ｄ'は図８の直線ＯＤ上にあることになる。
第１の軌道Ｕ'の遠地点Ｃ'と近地点を結ぶアプサイド線をＪとすると、第１の軌道の近地点引数が２７０度である場合は、直線Ｊは直線Ｆ'Ｇ'および直線ＦＧと垂直であり、直線Ｊがアプサイド線であることから、軌道Ｕ'は直線Ｊに関して対称である。同様に、第２の軌道Ｖ'の遠地点Ｄ'と近地点を結ぶアプサイド線をＫとすると、第２の軌道の近地点引数が２７０度である場合は、直線Ｋは直線Ｈ'Ｉ'および直線ＨＩと垂直であり、直線Ｊがアプサイド線であることから、軌道Ｖ'は直線Ｋに関して対称である。第１の軌道と第２の軌道は直線ＯＡの周りに１２０度回転した関係にあるため、第１の軌道の近地点と第２の軌道の近地点引数が共に２７０度である場合は、これらの軌道の対称性から第１の軌道Ｕ'と第２の軌道Ｖ'は必ず交差し、その交点のうち赤道面Ｗの上側（北側）の交点をＢ'とすると、点Ｂ'は第１の軌道の軌道面と第２の軌道の軌道面の交差する直線上にある。これは点Ｂ'が図８の直線ＯＢ上にあることを意味する。角度Ｂ'ＯＤ'と角度Ｂ'ＯＣ'は等しく、その角度をａとする。
また、第１の軌道の近地点と第２の軌道の近地点引数が共に２７０度以外である場合は、第１の軌道Ｕ'と第２の軌道Ｖ'は交差することは無いが、それぞれの軌道は図８の直線ＯＢとは必ず交差する。これは直線ＯＢがおのおのの軌道面に含まれるためである。
【００１３】
図１０は図８における球面三角形ＡＢＤを中心に幾何的な関係を抜粋した図である。図１０において図８と同じ記号で表わされた要素Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｕ、Ｖは図８と同じであることを示す。点Ｅは第２の軌道の軌道角運動量ベクトル即ち第２の軌道の軌道面に垂直な直線が図８の半球面Ｔと交わる点を示す。軌道傾斜角ｉの定義は、赤道面Ｗに垂直な直線と軌道角運動量ベクトルとのなす角度であるから、球面上の辺ＡＥのなす角が軌道傾斜角ｉとなる。また辺ＤＥの角度は９０度であるから、辺ＡＤの角をｂとすると、辺ＡＥの角ｉは９０ｄｅｇ−ｂとなる。また、上記図８の説明中に示したように、角度ＢＡＤは６０度であり、角度ＡＤＢは９０度である。辺ＢＤの角度は図９で示されているａそのものである。
球面三角形ＡＢＤは直角三角形であり、直角球面三角形の公式から次のような式が求められる。
角Ａを角度ＢＡＤ即ち６０度、角ａを辺ＢＤの角、角ｂを辺ＡＤの角とすると、
ｔａｎ  Ａ＝（  ｔａｎ  ａ  ）  ／  （  ｓｉｎ  ｂ  ）
従って、
ｔａｎ  ａ＝ｔａｎ  Ａ  ×  ｓｉｎ  ｂ
＝（√３）  ×  ｓｉｎ  （９０ｄｅｇ  −  ｉ）
＝（√３）  ×  ｃｏｓ  ｉ
具体的な例として、ｉ  が４５度のとき  ｃｏｓ  ｉ＝１／√２ゆえ、
ｔａｎ  ａ＝√（３／２）  となり、ａ＝５０．７６８４８  度となることがわかる。
【００１４】
図１１は第２の軌道に関して、近地点引数が２７０度の場合における近地点、遠地点、昇交点、降交点、第１の衛星の軌道との方向会合線を示した図である。 この幾何的な関係は、第１の軌道および第３の軌道でも全く同じように成り立つ。これは、３つの軌道の軌道面が赤道面垂直まわりに１２０度づつ離れ、軌道長半径すなわち軌道周期、離心率、軌道傾斜角、近地点引数がそれぞれ等しいためである。図１１において図８および図９と同じ記号で表わされた要素Ｏ、Ｂ'、Ｄ'、Ｈ'、Ｉ'、ａは図８および図９と同じであることを示す。点Ｌは軌道の近地点を示し、線ＯＭは次の軌道即ち第３の軌道との方向会合線を示す。点Ｍはアプサイド線Ｄ'Ｌに関して点Ｂ'と対称な位置にある。角度ｆは近地点Ｌから点Ｂ'までのなす角であり真近点離角と呼ばれる角度である。
近地点引数が２７０度であるかどうかに係らず、３つの衛星が方向会合線で順次方向会合するとは、第２の軌道で見たとき、線ＯＢ'で第１の軌道の衛星と第２の軌道の衛星が方向会合し、その後第１の軌道の衛星とは離れ、第２の軌道の衛星が遠地点Ｄ'を経て方向会合線ＯＭに到達した時、第３の軌道の衛星が線ＯＭ上に現れてそこで方向会合する事象を、３つの衛星ごとに順番に繰り返すことを指す。従って、この事象が起きるためには方向会合線ＯＢ'から次の方向会合線ＯＭに至るまでの衛星飛行時間が軌道周期の３分の１であれば良い。反対に、衛星飛行時間が軌道周期の３分の１と異なる場合は順次方向会合することは起らない。これは３衛星の軌道が静止軌道とほぼ同じ周期２３時間５６分であり、衛星直下点の軌跡が地表上で一定であり変わらないという同期軌道のためである。
図１１で、近地点引数が２７０度の場合、近地点Ｌから遠地点Ｄ'までの所要時間は遠地点Ｄ'から近地点Ｌまでの所要時間に等しく軌道周期の２分の１である。点Ｂ'から点Ｄ'までの所要時間は点Ｄ'から点Ｍまでの所要時間に等しく軌道周期の６分の１である。また、点Ｌから点Ｂ'までの所要時間は点Ｍから点Ｌまでの所要時間に等しく軌道周期の３分の１である。このことから、方向会合するための３つの衛星の配置の典型的な例として、或る時点で衛星がそれぞれ各軌道の点Ｂ'、点Ｍおよび点Ｌに居る場合が挙げられる。
３つの軌道で軌道長半径、離心率、軌道傾斜角、近地点引数が等しく、かつ軌道長半径、軌道傾斜角の値が与えられ近地点引数が２７０度で、３つの軌道の軌道面が赤道面垂直まわりに１２０度づつ離れている、即ち昇交点が１２０度ずつ離れているとき、方向会合線ＯＢ'から次の方向会合線ＯＭまでの所要時間が軌道周期の３分の１になるためには、近地点Ｌから方向会合線ＯＢ'までの所要時間が軌道周期の３分の１であれば良く、それが成り立つ離心率は或る定まった値になる。この離心率の求め方を以下に示す。
近地点Ｌから点Ｂ'までの所要時間が軌道周期の３分の１であることから、点Ｂ'の平均近点離角ｍは、
ｍ＝（２×π）／３
である。これは、平均近点離角で表わした軌道周期が２×πであることによる。
平均近点離角ｍと離心近点離角ｇと真近点離角ｆの関係式として、次の式が良く知られている。
ｔａｎ  （ｆ／２）
＝√（（１＋ｅ）  ／  （１−ｅ））  ×  ｔａｎ  （ｇ  ／  ２）
ｍ＝ｇ  −  ｅ×ｓｉｎ  ｇ
ここで、ｅ  が求める離心率である。
真近点離角ｆは角度ａを用いて次のように表わされる。
ｆ＝π−ａ
以上をまとめると、軌道傾斜角ｉから角度ａが求められ、ａから真近点離角ｆが求められ、ｆとｍからｅが求められる。なお、これらの式からわかるようにｆとｍからｅを求める式は超越方程式となり直接に解析的に求めることができず繰り返し法のような数値計算で求めることになる。
具体的な例としてｉ＝４５度の時、ａ＝５０．７６８４８  度となり、数値計算によりｅ＝０．０９９２３１  となることがわかる。
【００１５】
以上は、近地点引数が２７０度の場合の３衛星が順次方向会合するための離心率を求めたものである。次に近地点引数が２７０度と異なる場合について３衛星が順次方向会合するための離心率を求める。
図１２は第２の軌道に関して、近地点引数が２７０度と異なる場合における近地点、遠地点、第１の衛星の軌道との方向会合線、第３の衛星の軌道との方向会合線を示した図である。
この幾何的な関係は、第１の軌道および第３の軌道でも全く同じように成り立つ。これは、３つの軌道の軌道面が赤道面垂直まわりに１２０度づつ離れ、軌道長半径すなわち軌道周期、離心率、軌道傾斜角、近地点引数がそれぞれ等しいためである。図１２において図８、図９および図１１と同じ記号で表わされた要素Ｏ、Ｂ'、Ｍ、ａは図８、図９および図１１と同じであることを示す。点Ｌ'は軌道の近地点を示し、点Ｄ”は軌道の遠地点を示し、点Ｂ”は点Ｄ”から時計回りに角度ａ進んだ軌道位置を示し、点Ｍ'は点Ｄ”から反時計回りに角度ａ進んだ軌道位置を示す。なお、点Ｂ'は線ＯＢ'が第１の軌道との方向会合線となる第２の軌道上の点であり、点Ｍは線ＯＭが次の軌道即ち第３の軌道との方向会合線となる第２の軌道上の点である。角度Δωは２７０度から第２の軌道の近地点引数を差し引いた角度であり、図１２では正値の場合を示す。
すでに述べているように、３つの衛星が方向会合線で順次方向会合するためには、各衛星ごとに方向会合線から次の方向会合線までの衛星飛行時間が軌道周期の３分の１であれば良い。これは、点Ｂ'から点Ｍまでの衛星飛行時間が軌道周期の３分の１であることを指す。既に述べた近地点引数が２７０度の場合に準じて、次のような式が成立する。
ｆ１を点Ｂ”の真近点離角、ｆ２を点Ｂ'の真近点離角、ｆ３を点Ｍ'の真近点離角、ｆ４を点Ｍの真近点離角とすると、図１２に示す幾何的関係から
ｆ１ ＝ π − ａ
ｆ２ ＝ π − ａ ＋ Δω
ｆ３ ＝ π ＋ ａ
ｆ４ ＝ π ＋ ａ ＋ Δω
ｇ２ 、ｇ４ 、ｍ２ 、ｍ４ を各々ｆ２ 、ｆ４ の離心近点離角、ｆ２ 、ｆ４ の平均近点離角として、点Ｂ'から点Ｍまでの衛星飛行時間が軌道周期の３分の１であることから、
ｍ４ − ｍ２ ＝ （２×π）／３
真近点離角、離心近点離角、平均近点離角の関係から、
ｔａｎ（ｆ２ ／２）＝ √（（１＋ｅ）／（１−ｅ））×ｔａｎ（ｇ２ ／２）
ｍ２ ＝ ｇ２ −ｅ×ｓｉｎ ｇ２
ｔａｎ（ｆ４ ／２）＝ √（（１＋ｅ）／（１−ｅ））×ｔａｎ（ｇ４ ／２）
ｍ４ ＝ ｇ４ −ｅ×ｓｉｎ ｇ４
ここで、ｅ が求める離心率である。これらの式からわかるようにｆとｍの関係式からｅを求める式は超越方程式となり直接に解析的に求めることができず繰り返し法のような数値計算で求めることになる。
具体的な例としてｉ＝４５度の場合、ａ＝５０．７６８４８度であるから、近地点引数が２６０度（Δωが１０度）の時、ｅ＝０．１００９０４となり、近地点引数が２６５度（Δωが  ５度）の時、ｅ＝０．０９９６４４となり、近地点引数が２７５度（Δωが  −５度）の時、ｅ＝０．０９９６４４となり、近地点引数が２８０度（Δωが−１０度）の時、ｅ＝０．１００９０４となることがわかる。なお、近地点引数が２７０度の時は図１１でのべた場合と一致して、ｅ＝０．０９９２３１となることがわかる。
【００１６】
このように、本実施の形態に係る情報処理装置の対象とする非静止衛星の例である準天頂衛星は、昇交点赤経が１２０度づつ異なり、即ち軌道面が１２０度づつ回転した配置であり、等軌道傾斜角（４５度）、等近地点引数（約２４０度から約３００度の間）かつ等周期（ほぼ静止周期、２３時間５６分で、同期軌道）の３つの衛星軌道において、それぞれの軌道上を飛行する衛星が各軌道の方向会合線で方向会合するように、３つの衛星の軌道に共通な離心率が設定されている。
【００１７】
図２は衛星直下点の地表上の軌跡を示す。ここでは、近地点引数が２７０度の場合を示す。
その軌跡は非対称８の字の形をしており、８の字の交点が図１の方向会合線の軌跡そのものを示す。図１では３つの軌道が示されているが、それらの軌道要素を上記のように設定することで衛星直下点の地表軌跡は１つの８の字となる。各衛星が遠地点または近地点に位置するときその直下点の経度は約東経１３５度であり、衛星が方向会合線から遠地点を経て次の方向会合線にいたるときその直下点の軌跡は８の字の交点から始まり時計回りに北緯４５度で約東経１３５度の衛星直下地点を経て８の字の交点に再び戻ってくる。この期間（約８時間）の衛星は日本上空に滞在し、日本から衛星を見た時の仰角は約７０度以上となり、山や建物の陰に入る可能性は通常の静止衛星にくらべて低くなる。
２つの衛星が方向会合線で方向会合する場合、例えば、第３軌道の衛星と第１軌道の衛星とが線ＯＣにて方向会合する場合（地上局が通信対象とする衛星が第３軌道の衛星から第１軌道の衛星に切替る場合）は、衛星に送信される信号は地上局のアンテナから第３軌道の衛星に向かって送られており、ここで衛星に送信される信号が第１軌道の衛星にも送られるよう第３軌道の衛星向けとは異なる周波数で第１軌道の衛星への送信が開始される。そして、地上局における切替え処理が完了すると、第３軌道の衛星への送信が停止され、代わりに第１軌道の衛星が地上との通信を継続して担当することになる。
ここで、第３軌道の衛星と第１軌道の衛星とが方向会合する際に、第３軌道の衛星と第１軌道の衛星とに対して地上局が同一のアンテナで２つの衛星に同時に信号を送り出すことが出来る程度にそれぞれの方向が接近していることが望ましい。
このため、本実施の形態に係る情報処理装置では、２つの衛星が方向会合する際に、地上局の同一のアンテナで２つの衛星に同時に信号を送り出すことが出来る程度にそれぞれの方向が接近するように各衛星の位置関係を決定する。
【００１８】
図３は、本実施の形態に係る情報処理装置４０の構成例を示すブロック図である。
【００１９】
入力部４０１は、オペレータから各種の指示を入力する。
表示部４０２は、情報処理装置４０の処理結果等を表示ディスプレイに表示する。
【００２０】
第１の保持範囲設定部４０３は、第１の人工衛星の基準軌道を飛行する質点の周りに第１の保持範囲を設定する。第１の保持範囲とは、第１の衛星がそのなかにとどまるべき範囲であり、基準軌道を飛行する質点を中心とした軌道進行方向と軌道面垂直方向の２辺からなる矩形をいう。
人工衛星の軌道は地球偏平による重力偏向や月・太陽の引力、太陽輻射圧の影響で次第に基準軌道からずれてくるが、基準軌道に対するずれの限度を定めるのが保持範囲であり、保持範囲を逸脱しそうな場合には、衛星に備わった軌道制御スラスタ即ちガスジェットを噴射することで衛星の軌道修正を行う。
この保持範囲に常に衛星をとどめておくことで、通信用アンテナを精度良く所定の地上方向に向けておくことが出来るとともに、他の衛星への電波干渉や物理的な衝突を回避することが可能になる。
【００２１】
第２の保持範囲設定部４０４は、第２の人工衛星の基準軌道を飛行する質点の周りに第２の保持範囲を設定する。第２の保持範囲とは、第２の衛星がそのなかにとどまるべき範囲であり、基準軌道を飛行する質点を中心とした軌道進行方向と軌道面垂直方向の２辺からなる矩形をいう。
【００２２】
第３の保持範囲設定部４０５は、第３の人工衛星の基準軌道を飛行する質点の周りに第３の保持範囲を設定する。第３の保持範囲とは、第３の衛星がそのなかにとどまるべき範囲であり、軌道進行方向と軌道面垂直方向の２辺からなる基準軌道を飛行する質点を中心とした矩形をいう。
【００２３】
軌道差異量設定部４０６は、第１の人工衛星から第２の人工衛星へ通信を移行する時点での第１の人工衛星の地球中心からの距離と第２の人工衛星の地球中心からの距離との差異量並びに第２の人工衛星から第３の人工衛星へ通信を移行する時点での第２の人工衛星の地球中心からの距離と第３の人工衛星の地球中心からの距離との差異量並びに第３の人工衛星から第１の人工衛星へ通信を移行する時点での第３の人工衛星の地球中心からの距離と第１の人工衛星の地球中心からの距離との差異量を設定する。この差異量は３つの人工衛星に対して同一の量として、３軌道の近地点引数を同じ値だけ次のように２７０度からずらして作りだす。図１２は近地点引数が２７０度からずれた状態であり、点Ｂ'は線ＯＢ'が第１の軌道との方向会合線となる第２の軌道上の点であり、点Ｍは線ＯＭが次の軌道即ち第３の軌道との方向会合線となる第２の軌道上の点である。この幾何関係は、近地点引数の値が同じであれば他の軌道でも同じように成り立つことから、人工衛星の地球中心からの距離の差異量は線分ＯＢ'と線分ＯＭの差そのものとなる。ちなみに、図１２の近地点引数のずれ角度Δωは正値のため、線分線分ＯＢ'が線分ＯＭより大きくなっている。また、近地点引数が２７０度すなわち角度Δωがゼロのときは、差異量がゼロとなり、近地点引数が２７０度からずれるのに伴って差異量の絶対値は単調に増えていくことがわかる。
人工衛星の地球中心からの距離の差異量は、衛星間の通信の移行の条件と物理的な衝突の避ける条件から決められる。一般に、差異量が大きくなると衛星間の通信の移行時に発生する通信の時間ずれが大きくなり、通信性能の劣化を生じるようになる。他方、差異量が小さくなると衛星の物理的な衝突の発生の可能性が生じてくる。従って、双方の要求を満たす差異量が必然的に選ばれることがわかる。
差異量が選ばれたならば、近地点引数を２７０度からずらして、指定された差異量を実現する近地点引数を選ぶ。この選ばれた近地点引数の値がこのあと説明される基準軌道設定部での近地点引数設定値として使われる。
なお、差異量から求められる近地点引数の具体的数値例を次に示す。差異量の絶対値が６３９Ｋｍに対して、２７０度から近地点引数を差し引いた角度Δωの絶対値は５度であり、同じように、５１１Ｋｍに対して４度、３８３Ｋｍに対して３度、２５５Ｋｍに対して２度、１２８Ｋｍに対して１度、９０Ｋｍに対して０．７度、６３Ｋｍに対して０．５度、４０Ｋｍに対して０．３度、１３Ｋｍに対して０．１度となる。
【００２４】
第１の基準軌道設定部４０７は、第１の人工衛星に対する基準軌道を設定する。基準軌道とは、衛星に搭載されたペイロードが行うミッションを満足する人工衛星が飛行すべき理想的な軌道を指し、その理想的な軌道を飛行する質点に添って人工衛星が飛行するのが理想的状態である。前述の保持範囲設定部で触れたように、地球偏平による重力偏向や月・太陽の引力、太陽輻射圧の影響で人工衛星は次第に基準軌道からずれてくるため、基準軌道を飛行する質点の周りに保持範囲を設けて、人工衛星がその保持範囲から逸脱しないように軌道制御を行う。
基準軌道設定の方法については後述する。
【００２５】
第２の基準軌道設定部４０８は、第２の人工衛星に対する基準軌道を設定する。基準軌道とは、衛星に搭載されたペイロードが行うミッションを満足する人工衛星が飛行すべき理想的な軌道を指し、その理想的な軌道を飛行する質点に添って人工衛星が飛行するのが理想的状態である。前述の保持範囲設定部で触れたように、地球偏平による重力偏向や月・太陽の引力、太陽輻射圧の影響で人工衛星は次第に基準軌道からずれてくるため、基準軌道を飛行する質点の周りに保持範囲を設けて、人工衛星がその保持範囲から逸脱しないように軌道制御を行う。
基準軌道設定の方法については後述する。
【００２６】
第３の基準軌道設定部４０９は、第３の人工衛星に対する基準軌道を設定する。基準軌道とは、衛星に搭載されたペイロードが行うミッションを満足する人工衛星が飛行すべき理想的な軌道を指し、その理想的な軌道を飛行する質点に添って人工衛星が飛行するのが理想的状態である。前述の保持範囲設定部で触れたように、地球偏平による重力偏向や月・太陽の引力、太陽輻射圧の影響で人工衛星は次第に基準軌道からずれてくるため、基準軌道を飛行する質点の周りに保持範囲を設けて、人工衛星がその保持範囲から逸脱しないように軌道制御を行う。
基準軌道設定の方法については次に述べる。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る情報処理装置４０における基準軌道設定の方法を説明する。
すでに述べたように、３つの衛星軌道に共通した近地点引数に基づき３衛星が方向会合線で順次方向会合するように３衛星軌道に共通な離心率を導出した。この導出方法に従って、軌道差異量設定部４０６で設定された近地点引数に対して３衛星が方向会合線で順次方向会合する離心率を計算して求める。このようにして、３衛星の軌道要素としての離心率および近地点引数が設定される。軌道長半径、軌道傾斜角、昇交点赤経、平均近点離角は事前に設定されている値をそのまま使用する。なお、平均近点離角は３衛星ごとに１２０度ずつ異なり、方向会合線で３衛星が順次方向会合するように平均運動（軌道平均レート）を時間変化率として時間に比例して増加する角度である。
基準軌道の設定方法とは、このようにして３衛星のそれぞれの軌道長半径、離心率、軌道傾斜角、昇交点赤経、近地点引数および時間とともに増える平均近点離角を設定することである。
【００２８】
次に、図４のフローチャートを参照して、本実施の形態に係る情報処理装置４０の基準軌道設定の手順を説明する。
まず、ステップＳ７０１において、第１の人工衛星と第２の人工衛星と第３の人工衛星を決定する。図１に示した第１軌道の衛星、第２軌道の衛星、第３軌道の衛星のうちのいずれを第１の人工衛星、第２の人工衛星及び第３の人工衛星とするかについて入力部４０１がオペレータより指示を入力する。
【００２９】
次に、ステップＳ７０２において、第１の保持範囲を設定する。入力部４０１がオペレータより第１の保持範囲角度の値を入力し、第１の保持範囲設定部４０３が入力された値を第１の保持範囲角度として設定し、記憶する。第１の保持範囲とは、第１の衛星がそのなかにとどまるべき範囲であり、基準軌道を飛行する質点を中心とした軌道進行方向と軌道面垂直方向の２辺からなる矩形をいう。第１の保持範囲角度とはこの２辺からなる矩形のそれぞれの辺の角度をいう。
【００３０】
次に、ステップＳ７０３において、第２の保持範囲を設定する。入力部４０１がオペレータより第２の保持範囲角度の値を入力し、第２の保持範囲設定部４０４が入力された値を第２の保持範囲角度として設定し、記憶する。第２の保持範囲とは、第２の衛星がそのなかにとどまるべき範囲であり、基準軌道を飛行する質点を中心とした軌道進行方向と軌道面垂直方向の２辺からなる矩形をいう。第２の保持範囲角度とはこの２辺からなる矩形のそれぞれの辺の角度をいう。
【００３１】
次に、ステップＳ７０４において、第３の保持範囲を設定する。入力部４０１がオペレータより第３の保持範囲角度の値を入力し、第３の保持範囲設定部４０５が入力された値を第３の保持範囲角度として設定し、記憶する。第３の保持範囲とは、第３の衛星がそのなかにとどまるべき範囲であり、基準軌道を飛行する質点を中心とした軌道進行方向と軌道面垂直方向の２辺からなる矩形をいう。第３の保持範囲角度とはこの２辺からなる矩形のそれぞれの辺の角度をいう。
【００３２】
次に、ステップＳ７０５において、衛星間の通信の移行条件からでてくる軌道の差異量並びに衛星の物理的な衝突を避けるための条件からでてくる軌道の差異量を共に満たす軌道の差異量を設定し、第１の人工衛星、第２の人工衛星および第３の人工衛星に共通した近地点引数を決定する。入力部４０１がオペレータより上記2種類の軌道の差異量および第１の人工衛星、第２の人工衛星および第３の人工衛星の軌道要素を入力し、軌道差異量設定部４０６が入力された値に基づいて３衛星に共通した軌道の差異量の設定と近地点引数を決定し、記憶する。
【００３３】
次に、ステップＳ７０６において、第１の人工衛星の基準軌道を設定する。軌道差異量設定部４０６で決定された３衛星に共通した近地点引数を第１の基準軌道設定部４０７に入力して、第１の人工衛星の基準軌道を算出する。第１の人工衛星の基準軌道における平均近点離角については、入力部４０１でオペレータが所定の時刻（カレンダー日時で定義される日時刻）とその時刻での平均近点離角を入力し、それを基準軌道の初期値とする。基準軌道の質点は軌道長半径、離心率、軌道傾斜角、昇交点赤経、近地点引数とその質点の位置を決定する時刻まで伝播計算された平均近点離角からなり、伝播計算は軌道の二体問題の計算方法による。
【００３４】
次に、ステップＳ７０７において、第２の人工衛星の基準軌道を設定する。軌道差異量設定部４０６で決定された３衛星に共通した近地点引数を第２の基準軌道設定部４０８に入力して、第２の人工衛星の基準軌道を算出する。第２の人工衛星の基準軌道における平均近点離角については、第１の人工衛星の基準軌道における平均近点離角から３衛星に共通な軌道周期の３分の１時間だけ遅れた平均近点離角とする。基準軌道の質点は軌道長半径、離心率、軌道傾斜角、昇交点赤経、近地点引数とその質点の位置を決定する時刻まで伝播計算された平均近点離角からなり、伝播計算は軌道の二体問題の計算方法による。
【００３５】
次に、ステップＳ７０８において、第３の人工衛星の基準軌道を設定する。軌道差異量設定部４０６で決定された３衛星に共通した近地点引数を第３の基準軌道設定部４０９に入力して、第３の人工衛星の基準軌道を算出する。第３の人工衛星の基準軌道における平均近点離角については、第１の人工衛星の基準軌道における平均近点離角から３衛星に共通な軌道周期の３分の２時間だけ遅れた平均近点離角とする。基準軌道の質点は軌道長半径、離心率、軌道傾斜角、昇交点赤経、近地点引数とその質点の位置を決定する時刻まで伝播計算された平均近点離角からなり、伝播計算は軌道の二体問題の計算方法による。
【００３６】
以上のようにして第１の衛星の基準軌道、第２の衛星の基準軌道、第３の衛星の基準軌道を設定することにより、隣り合う軌道面の交線からなる方向会合線で方向会合する２つの衛星が地球から見て同じ方向に位置することになる。これにより方向会合する時点で衛星と地球の間の通信を別の衛星と地球の間の通信に通信を途切れさせること無くスムーズに移行させることができる。
【００３７】
また、地上装置でＫｕバンド使用の４５ｃｍ直径パラボラアンテナのビーム幅は３度（ｐ−ｐ）であることから、通信のハンドオーバ時にパラボラアンテナの中心が１つの衛星を指向している場合、他の衛星が１．５度以内の離れ角であれば同じアンテナで２つの衛星をカバーすることが可能となる。このため、ハンドオーバ時に２つの衛星を同時に１つのユーザーアンテナでカバーするためには、２つの衛星のはなれ角の上限を１．５度とするのが適当であると考えられる。衛星の保持範囲を０．１度とすると、方向会合する際の２つの衛星の離れ角の最大値は約０．１度の√２倍のさらに２倍、即ち０．２８度となり、上記１．５度以内に十分収まっている。
【００３８】
なお、以上では、図１に示す衛星軌道を周回する人工衛星、すなわち、昇交点赤経が１２０度づつ異なり、即ち軌道面が１２０度づつ回転した配置であり、等軌道傾斜角（４５度）、等近地点引数（約２６０度から約２８０度の間）かつ等周期（ほぼ静止周期、２３時間５６分で、同期軌道）であり、共通な離心率が設定された３つの衛星軌道をそれぞれ周回する３機の準天頂衛星を例として説明したが、他の衛星の衛星軌道と交差する衛星軌道を有する人工衛星であれば、どのような衛星軌道を周回する人工衛星であっても本実施の形態に係る情報処理装置にて基準軌道を決定することができる。
【００３９】
以上のように、本実施の形態によれば、第１の人工衛星と第２の人工衛星とが第１の保持範囲と第２の保持範囲とを重複させてこれら２つの衛星の軌道面の交線すなわち方向会合線を通過することができ、第２の人工衛星と第３の人工衛星とが第２の保持範囲と第３の保持範囲とを重複させてこれら２つの衛星の軌道面の交線すなわち方向会合線を通過することができ、第３の人工衛星と第１の人工衛星とが第３の保持範囲と第１の保持範囲とを重複させてこれら２つの衛星の軌道面の交線すなわち方向会合線を通過することができるように、第１の衛星の基準軌道、第２の衛星の基準軌道および第３の衛星の基準軌道を設定するため、方向会合時の通信のハンドオーバ時にそれぞれ第１の人工衛星と第２の人工衛星と、第２の人工衛星と第３の人工衛星とおよび第３の人工衛星と第１の人工衛星とを接近させることができる。このため、地上からみたハンドオーバ時の各衛星間の距離を小さくすることができ、地上の信号送信用のアンテナが１台で済みハンドオーバ時の送信信号の遅延時間制御も容易になる。
【００４０】
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１に示した設定された基準軌道に基づいて衛星軌道を周回する人工衛星及び当該人工衛星の軌道制御を行う軌道制御装置について説明する。
【００４１】
上述したように、衛星の軌道は地球偏平による重力偏向や月・太陽の引力、太陽輻射圧の影響で次第にずれてくる。軌道制御装置は、衛星までの距離を電波の往復時間で測定して衛星の位置を推定する事でこのずれる量を事前に予測する事ができる。ずれが大きくなり衛星が保持範囲から逸脱しそうになるときは軌道制御のための指示（軌道制御指示）を軌道制御装置から衛星に対して行う。
衛星では、衛星に搭載された軌道制御スラスタ即ちガスジェットを噴射することで保持範囲にとどまるよう制御する。軌道制御スラスタは定まった推力（約２２Ｎの組み合わせ）をオンオフで噴射するもので線形の推力は発生できず、衛星が保持範囲から逸脱しそうになると軌道制御装置で保持範囲に長くとどまれるような噴射方向と噴射量を計算で求め、軌道制御指示としてこれらの情報を衛星に送ってスラスタ噴射を行わせる間歇的な制御である。
このように、軌道制御装置により人工衛星の軌道制御を行うことにより、実施の形態１に示した設定された基準軌道に基づいて人工衛星を周回させることができ、このため、ある方向会合線にて方向会合する２機の人工衛星を第１の人工衛星と第２の人工衛星とした場合に、第１の人工衛星と第２の人工衛星は第１の保持範囲と第２の保持範囲とを重複させて方向会合線を通過することができる。第１の保持範囲及び第２の保持範囲とは、実施の形態１で示した通りであり、第１の人工衛星及び第２の人工衛星がとどまるべき範囲をいう。
【００４２】
図５は、本実施の形態に係る軌道制御装置５０の構成例を示すブロック図である。
【００４３】
衛星通信部５０１は、衛星軌道を周回する人工衛星と通信を行う。衛星通信部５０１では、衛星位置の推定のための電波の送受信及び軌道制御指示の送信を行う。
【００４４】
衛星位置推定部５０２は、衛星までの距離を電波の往復時間で測定して衛星の位置を推定する。
【００４５】
軌道情報記憶部５０３は、実施の形態１で示した情報処理装置４０の第１の基準軌道設定部、第２の基準軌道設定部および第３の基準軌道設定部で設定した情報と同じ情報を記憶しており、例えば、図１に示す３機の準天頂衛星についてそれぞれの衛星の基準軌道情報、保持範囲設定情報を記憶している。
基準軌道情報とは各衛星が周回すべき基準軌道の質点位置を示す情報であり、保持範囲設定情報とは衛星の基準軌道の各質点位置における保持範囲を示す情報である。
軌道情報記憶部５０３に記憶されている基準軌道情報、保持範囲設定情報は、実施の形態１で示した設定された基準軌道に対応しており、第１の人工衛星と第２の人工衛星とが第１の保持範囲と第２の保持範囲とを重複させて方向会合線を通過することができるようになっている。
【００４６】
制御指示部５０４は、衛星位置推定部５０２にて推定された衛星位置と軌道情報記憶部５０３に記憶された基準軌道情報、保持範囲設定情報とに基づき、衛星が保持範囲を逸脱するおそれがあるか否かを判断し、逸脱するおそれがある場合には、軌道制御スラスタの噴射方向と噴射量を計算で求め、算出した噴射方向と噴射量とを示す軌道制御指示を生成し、衛星通信部５０１を介して衛星に対して送信する。
【００４７】
図６は軌道制御を行うための人工衛星の形態を示す。
人工衛星本体に軌道制御スラスタが複数設置されて、軌道面に垂直な方向（＋と−の両方向）に推力を発生するとともに軌道の進行方向（＋と−の両方向）に推力を発生する。衛星本体はアンテナを地球方向に向けるためと軌道制御スラスタが所定の方向に推力を発生できるように三軸安定制御が行われている。軌道制御装置５０から送信された軌道制指示に従って軌道制御スラスタを噴射することで衛星を常に保持範囲のなかにとどめておくことができる。
【００４８】
このように、本実施の形態によれば、軌道制御装置が人工衛星の位置を推定し、衛星が保持範囲を逸脱しそうな場合には軌道制御指示を送り、人工衛星で軌道制御指示に従って軌道制御を行うことにより人工衛星を保持範囲にとどめておくことが可能となり、この結果、第１の人工衛星と第２の人工衛星は第１の保持範囲と第２の保持範囲とを重複させて方向会合線を通過することが可能となり、ハンドオーバ時に第１の人工衛星と第２の人工衛星とを接近させることができる。このため、地上からみたハンドオーバ時の各衛星間の距離を小さくすることができ、地上の信号送信用のアンテナが１台で済みハンドオーバ時の送信信号の遅延時間制御も容易になる。
【００４９】
実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態１及び２にて説明した人工衛星と通信を行う地上の通信装置について説明する。
【００５０】
図７は、本実施の形態に係る通信装置を説明するための図である。
図において、衛星受信用アンテナ７０１は車輌に搭載されたアンテナであり、準天頂衛星６０から配信されるコンテンツ情報、測位情報、補正情報を受信する。
コンテンツ再生装置７０２及びカーナビゲーション装置７０３は車輌に搭載された通信装置である。コンテンツ再生装置７０２は衛星受信用アンテナ７０１を介してコンテンツ情報を受信し、コンテンツ情報の再生を行う。カーナビゲーション装置７０３は、衛星受信用アンテナ７０１を介して測位情報及び補正情報を受信し、測位情報及び補正情報を用いて車輌の所在位置を測位し、カーナビゲーションを行う。補正情報は、測位情報による測位の際に生じる誤差を補正するための情報であり、Ｄ−ＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ−Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術等に基づき作成された情報である。
携帯端末８０１は、準天頂衛星６０から配信されるコンテンツ情報、測位情報、補正情報を受信し、コンテンツ情報の再生を行うとともに、測位情報及び補正情報を用いて携帯端末８０１のユーザの所在位置の測位を行う。
コンテンツ再生装置７０２、カーナビゲーション装置７０３、携帯端末８０１は通信装置の例に相当する。
【００５１】
コンテンツ再生装置７０２、カーナビゲーション装置７０３、携帯端末８０１が通信を行う準天頂衛星６０は、例えば、図１に示した３つの衛星軌道を周回する３機の衛星であり、上述したように、３機の準天頂衛星のうちの２機の準天頂衛星が順に約８時間ごとに方向会合線で方向会合し、コンテンツ再生装置７０２、カーナビゲーション装置７０３、携帯端末８０１は、２機の準天頂衛星が方向会合線にて方向会合する際に、通信対象となる衛星を切替える（ハンドオーバを行う）。
この切替は、準天頂衛星からの指示に従い、コンテンツ再生装置７０２、カーナビゲーション装置７０３、携帯端末８０１が行っても良い。また、コンテンツ再生装置７０２、カーナビゲーション装置７０３、携帯端末８０１が３機の準天頂衛星のうちの２機の準天頂衛星からの信号を受信したときに、コンテンツ再生装置７０２、カーナビゲーション装置７０３、携帯端末８０１が自動的に切替を行っても良い。
準天頂衛星６０は、それぞれ、実施の形態１で示した設定された基準軌道に基づいて衛星軌道を周回している。コンテンツ再生装置７０２、カーナビゲーション装置７０３、携帯端末８０１がハンドオーバ前に通信を行っている衛星を第１の人工衛星とし、ハンドオーバ後に通信を行う衛星を第２の人工衛星とした場合に、第１の人工衛星と第２の人工衛星は第１の保持範囲と第２の保持範囲とを重複させて方向会合線を通過することができる。つまり、第１の人工衛星と第２の人工衛星とが方向会合線において衛星受信用アンテナ７０１又は携帯端末８０１のアンテナが同時に２つの衛星（第１の人工衛星と第２の人工衛星）と通信を行うことが出来る程度に接近して方向会合する。
準天頂衛星６０はこのように互いに接近して方向会合するため、コンテンツ再生装置７０２、カーナビゲーション装置７０３、携帯端末８０１は、ハンドオーバ時にそれぞれ一つのアンテナで第１の人工衛星と第２の人工衛星とを捕捉することができ、ハンドオーバ時の遅延時間制御を容易に行うことができる。
【００５２】
なお、以上では、コンテンツ再生装置、カーナビゲーション装置、携帯端末といった移動通信装置を地上での通信装置の例としたが、固定の通信装置であってもよい。
【００５３】
また、以上では、コンテンツ再生装置、カーナビゲーション装置、携帯端末はコンテンツ情報、測位情報、補正情報を受信することとしたが、これら以外の情報を受信してもよい。
【００５４】
また、以上では、準天頂衛星を例にして説明したが、地上の通信装置と通信を行う衛星が順に切替るような非静止衛星であれば準天頂衛星以外の衛星であってもよい。
【００５５】
このように、本実施の形態によれば、通信装置は、第１の保持範囲と第２の保持範囲とを重複させて互いに方向を接近して方向会合線を通過する第１の人工衛星と第２の人工衛星と通信を行うため、ハンドオーバ時に１つのアンテナで第１の人工衛星と第２の人工衛星とを捕捉することができ、ハンドオーバ時の遅延時間制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】準天頂衛星の衛星軌道の例を示す図。
【図２】準天頂衛星の衛星軌道の例を示す図。
【図３】実施の形態１に係る情報処理装置の構成例を示す図。
【図４】基準軌道の設定手順を示すフローチャート図。
【図５】実施の形態２に係る軌道制御装置の構成例を示す図。
【図６】実施の形態２に係る人工衛星の構成例を示す図。
【図７】実施の形態３に係る通信装置の例を示す図。
【図８】近地点引数から離心率の導出過程を説明する図。
【図９】近地点引数から離心率の導出過程を説明する図。
【図１０】近地点引数から離心率の導出過程を説明する図。
【図１１】近地点引数から離心率の導出過程を説明する図。
【図１２】近地点引数から離心率の導出過程を説明する図。
【符号の説明】
【００５７】
１０  第１軌道、２０  第２軌道、３０  第３軌道、４０  情報処理装置、５０  軌道制御装置、６０  準天頂衛星、４０１  入力部、４０２  表示部、４０３  第１の保持範囲設定部、４０４  第２の保持範囲設定部、４０５  第３の保持範囲設定部、４０６  軌道差異量設定部、４０７  第１の基準軌道設定部、４０８  第２の基準軌道設定部、４０９  第３の基準軌道設定部、５０１  衛星通信部、５０２  衛星位置推定部、５０３  軌道情報記憶部、５０４  制御指示部、７０１  衛星受信用アンテナ、７０２  コンテンツ再生装置、７０３  カーナビゲーション装置、８０１  携帯端末。
【図１】
2006117180.tif 000003
【図２】
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【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】
2006117180.tif 000009
【図８】
2006117180.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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