(57)【要約】【課題】レーザーガイド星を利用することなく大気の揺らぎを計測して補償することでアップリンクの光波を高精度に送信することが可能な空間光通信装置を提供する。【解決手段】人工衛星１１に対して送信すべき送信光波を生成する送信光波生成手段と、人工衛星１１から出射された受信光波を集光すると共に、送信光波生成手段により生成されて上記人工衛星へ導く送信光波の伝搬経路を含む空間を伝搬した経路伝搬光を集光可能な開口が設けられた望遠鏡２０と、望遠鏡２０により集光された受信光波及び経路伝搬光の波面歪を検出する波面センサ２５と、波面センサ２５により検出された波面歪に基づいて制御信号を生成する制御部２６と、送信光波を望遠鏡を介して人工衛星１１へ導く上で、制御部２６により生成された制御信号に基づいて伝搬経路に対して補正を施す可変形鏡２３とを備える。【選択図】図１
2018121281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球周回軌道を周回する人工衛星との間で光波を送受信するための空間光通信装置において、
上記人工衛星に対して送信すべき送信光波を生成する送信光波生成手段と、
上記人工衛星から出射された受信光波を集光すると共に、上記送信光波生成手段により生成されて上記人工衛星へ導く送信光波の伝搬経路を含む空間を伝搬した経路伝搬光を集光可能な開口が設けられた望遠鏡と、
上記望遠鏡により集光された受信光波及び経路伝搬光の波面歪を検出する波面センサと、
上記波面センサにより検出された波面歪に基づいて制御信号を生成する制御手段と、
上記送信光波を上記望遠鏡を介して上記人工衛星へ導く上で、上記制御手段により生成された制御信号に基づいて上記伝搬経路に対して補正を施す可変形鏡とを備えること
を特徴とする空間光通信装置。
【請求項２】
上記望遠鏡は、上記受信光波と上記経路伝搬光を受信可能な程度まで開口が拡径されていること
を特徴とする請求項１記載の空間光通信装置。
【請求項３】
上記望遠鏡は、互いに異なる開口を介して上記受信光波と、上記経路伝搬光をそれぞれ集光すること
を特徴とする請求項１記載の空間光通信装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記波面歪から上記伝搬経路を含む空間の大気情報を検知し、検知した大気情報に基づいて伝搬経路を補正するための制御信号を生成すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の空間光通信装置。
【請求項５】
互いに異なる複数の波面センサを介して上記受信光波と上記経路伝搬光の波面歪をそれぞれ検出すること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載の空間光通信装置。
【請求項６】
地球周回軌道を周回する人工衛星との間で光波を送受信するための空間光通信方法において、
上記人工衛星に対して送信すべき送信光波を生成する送信光波生成ステップと、
上記人工衛星から出射された受信光波を集光すると共に、上記送信光波生成手段により生成されて上記人工衛星へ導く送信光波の伝搬経路を含む空間を伝搬した経路伝搬光を集光可能な開口が設けられた望遠鏡により集光する集光ステップと、
上記集光ステップにおいて集光した受信光波及び経路伝搬光の波面歪を検出する検出ステップと、
上記検出ステップにおいて検出した波面歪に基づいて制御信号を生成する制御ステップと、
上記送信光波を上記望遠鏡を介して上記人工衛星へ導く上で、上記制御ステップにより生成された制御信号に基づいて上記伝搬経路に対して補正を施す補正ステップとを有すること
を特徴とする空間光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球周回軌道を周回する人工衛星との間で光波を送受信する空間光通信装置及び方法に関し、特に大気揺らぎが発生する場合においても地上−衛星リンクの接続性を向上させる上で好適な空間光通信装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年において、宇宙空間における地球周回軌道を周回する人工衛星等により、地球上の地上局と光衛星通信を行う研究が進展している。この光衛星通信は、大容量データ伝送が可能であり、かつ軽量で小型なシステム構成で実現ができ、電波と比較して干渉が少ない等の利点があることから、今後の宇宙通信を担う技術として注目されている。
【０００３】
このような光衛星通信において、図６に示すように人工衛星７１と地上局７２との間で、人工衛星７１から地上局７２へ光通信するダウンリンクと、地上局７２から人工衛星７１へ光通信するアップリンクがある。人工衛星７１から地上局７２に向けてダウンリンクの光波を発信し、これを受信した地上局７２から発信されたアップリンクの光波が人工衛星７１に到達送信するまでに、衛星が拘束に移動しており、光速は一定であることから、例えば静止軌道衛星までコンマ数秒程度を要する。このため、図６に示すように、ダウンリンクの光波の入射方向と同一方向に向けてアップリンクの光波を出射した場合であっても、そのコンマ数秒間において人工衛星が移動してしまう。このためアップリンクの光波により波面の揺らぎの形状が同一であると見なせるIsoplanatic Angleθ0の範囲内において人工衛星７１を捉えることができなくなる。これに加えて、この光衛星通信においては、光リンクのフェージングや瞬断を生じさせる空気の揺らぎ等による大気の効果を如実に受けてしまい、アップリンクの光波が乱れてしまい、波面が歪んでしまう。
【０００４】
このため、特にアップリンクの光波の伝搬方向を改めて人工衛星７１に向けて補正するとともに、このような大気の効果による悪影響を軽減するために、従来より各種補償光学技術が提案されている。
【０００５】
その一つとしては図７に示すように、レーザーガイド星を利用する技術が提案されている。即ち、大気の揺らぎ等によって制限されてしまった空間分解能を上げるべく、人工衛星７１の近くに明るい星を生成しレーザーガイド星として大気の揺らぎを計測する。そして、この計測した大気の揺らぎをリアルタイムに補償光学システムにフィードバックすることによって空間分解能を向上させる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. Hardy, “Adaptive Optics for Astronomical Telescopes,” Oxford University Press, 1998
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このようなレーザーガイド星を利用する技術では、アップリンクの光波を送信するために別の高出力のレーザを設置してレーザーガイド星を生成し、上述した処理動作を実行する必要がある。このため、地上局のシステムがその分において複雑化してしまうという問題点があった。このため、従来よりこのようなレーザーガイド星を利用することなく衛星からの受信した光で大気の揺らぎを計測し、補償光学システムにフィードバックできる技術が望まれていた。
【０００８】
特にレーザーガイド星からの光の強さがある程度強くない限りこれをセンシングすることができなくなる。このため、レーザーガイド星の生成は非常に難しく、これを継続的に行うこととなればレーザ出力も増大し、受信する通信用の光信号の信号対雑音比（SN比）が低下し、システム自体がさらに複雑化してしまうという問題点もあった。
【０００９】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、地球周回軌道を周回する人工衛星との間で光波を送受信するための空間光通信装置において、レーザーガイド星を利用することなく衛星からの受信した光で大気の揺らぎを計測して補償することでアップリンクの光波を高精度に送信することが可能な空間光通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係る空間光通信装置は、地球周回軌道を周回する人工衛星との間で光波を送受信するための空間光通信装置において、上記人工衛星に対して送信すべき送信光波を生成する送信光波生成手段と、上記人工衛星から出射された受信光波を集光すると共に、上記送信光波生成手段により生成されて上記人工衛星へ導く送信光波の伝搬経路を含む空間を伝搬した経路伝搬光を集光可能な開口が設けられた望遠鏡と、上記望遠鏡により集光された受信光波及び経路伝搬光の波面歪を検出する波面センサと、上記波面センサにより検出された波面歪に基づいて制御信号を生成する制御手段と、上記送信光波を上記望遠鏡を介して上記人工衛星へ導く上で、上記制御手段により生成された制御信号に基づいて上記伝搬経路に対して補正を施す可変形鏡とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係る空間光通信装置は、第１発明において、上記望遠鏡は、上記受信光波と上記経路伝搬光を受信可能な程度まで開口が拡径されていることを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係る空間光通信装置は、第１発明において、上記望遠鏡は、互いに異なる開口を介して上記受信光波と、上記経路伝搬光をそれぞれ集光することを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係る空間光通信装置は、第１〜第３発明において、上記制御手段は、上記波面歪から上記伝搬経路を含む空間の大気情報を検知し、検知した大気情報に基づいて伝搬経路を補正するための制御信号を生成することを特徴とする。
【００１４】
第５発明に係る空間光通信装置は、第１〜第４発明において、互いに異なる複数の波面センサを介して上記受信光波と上記経路伝搬光の波面歪をそれぞれ検出することを特徴とする。
【００１５】
第６発明に係る空間光通信方法は、地球周回軌道を周回する人工衛星との間で光波を送受信するための空間光通信方法において、上記人工衛星に対して送信すべき送信光波を生成する送信光波生成ステップと、上記人工衛星から出射された受信光波を集光すると共に、上記送信光波生成手段により生成されて上記人工衛星へ導く送信光波の伝搬経路を含む空間を伝搬した経路伝搬光を集光可能な開口が設けられた望遠鏡により集光する集光ステップと、上記集光ステップにおいて集光した受信光波及び経路伝搬光の波面歪を検出する検出ステップと、上記検出ステップにおいて検出した波面歪に基づいて制御信号を生成する制御ステップと、上記送信光波を上記望遠鏡を介して上記人工衛星へ導く上で、上記制御ステップにより生成された制御信号に基づいて上記伝搬経路に対して補正を施す補正ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述した構成からなる本発明によれば、従来のようにレーザーガイド星を生成することなく、大気の揺らぎやフェージング等の影響を加味した送信光波Ｔｘの伝搬経路を選定できる補償光学系を提供することが可能となる。その結果、アップリンクの送信光波Ｔｘを人工衛星に向けて高精度に送信することが可能となる。またレーザーガイド星を生成することによる補償光学システムを実装する必要が無くなることから、空間光通信装置のシステム構成を複雑化させることなく、シンプルな構成とすることも可能となる。これに加えて、本発明によれば、アップリンクの送信光波Ｔｘの送信電力を低減させつつ、確実に人工衛星に対して送信光波Ｔｘを送り届けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る空間光通信装置が適用される宇宙通信システムの構成例を示す図である。
【図２】望遠鏡の他の構成例を示す図である。
【図３】ダウンリンクと、アップリンクの各伝搬経路について説明するための図である。
【図４】受信光波と経路伝搬光とを受光する他の形態を示す図である。
【図５】本発明に係る空間光通信装置が適用される宇宙通信システムの他の実施形態について説明するための図である。
【図６】一般的な光宇宙通信の概念について説明するための図である。
【図７】レーザーガイド星を利用して大気の揺らぎを計測する例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００１９】
図１は、本発明に係る空間光通信装置２が適用される宇宙通信システム１の構成例を示している。この宇宙通信システム１は、人工衛星１１と、空間光通信装置２とを備えている。
【００２０】
人工衛星１１は、地球の自転周期と一致する軌道周期をもつ地球周回軌道としての対地同期軌道である静止軌道（GEO：Geostationary Earth Orbit）を周回し、或いは地球の自転周期とは無関係に回る地球低軌道（LEO: Low Earth Orbit）や中軌道（MEO: Medium Earth Orbit）、さらには深宇宙等を飛翔する人工衛星である。この人工衛星１１は、いかなる用途に基づいて打ち上げられたものであってもよい。また、この人工衛星１１は、GEO、LEO、MEOを周回するものに限定されるものではなく、宇宙空間を飛翔する他のいかなる衛星も含む概念である。
【００２１】
空間光通信装置２は、人工衛星１１との間で光信号を送受信する。この空間光通信装置２は、望遠鏡として具現化されるものであってもよい。空間光通信装置２は、他のゲートウェイや地上に設置された地上通信ネットワーク、車両、船舶、航空機等を始めとした通信体と接続され、光信号を送受信する。即ち、ゲートウェイや地上通信ネットワーク、通信体等は、人工衛星１１との間で光信号を送受信する上でこの空間光通信装置２を介して行うこととなる。
【００２２】
空間光通信装置２は、図１に示すように、鏡筒の先端面に複数の開口２１ａ〜２１ｄ、副鏡２２を形成させた望遠鏡２０と、この望遠鏡２０の基端部分に形成させた可変形鏡２３ａ、２３ｂと、この可変形鏡２３ａ、２３ｂの後段に設けられた光分離部２４ａ、２４ｂと、この光分離部２４ａ、２４ｂの後段に設けられた波面センサ２５ａ、２５ｂと、この波面センサ２５ａ、２５ｂ及び可変形鏡２３ａ、２３ｂに接続された制御部２６とを備えている。可変形鏡２３ａ、光分離部２４ａ、波面センサ２５ａと、可変形鏡２３ｂ、光分離部２４ｂ、波面センサ２５ｂは、別々に例示しているが1系統でも実現できる。
【００２３】
なお、望遠鏡２０における副鏡２２の構成は省略するようにしてもよい。
【００２４】
望遠鏡２０は、鏡筒２０ａの長手方向を人工衛星１１の飛翔方向に指向するように図示しない台座による調整されている。そして、その鏡筒２０ａの端面に形成されている副鏡２２の周囲に、実際に人工衛星１１との間で光信号を集光し又は出射させるための開口２１ａ〜２１ｄが設けられている。ちなみに、この人工衛星１１との間で光信号を入射又は出射させるための開口２１は、複数の小さな開口として具現化される場合に限定されるものではない。この開口２１としては、図２に示すように鏡筒２０ａの端面のほぼ全面に形成された一つの大きな開口として具現化されるものであってもよい。これら開口２１には、レンズが実装されており、入射又は出射させる光の焦点を拡大又は縮小させる役割を担うことは勿論である。
【００２５】
即ち、この望遠鏡２０は、人工衛星１１から空間光通信装置２へ光通信するダウンリンクにおいて使用するものに加え、空間光通信装置２から人工衛星１１へ光通信するアップリンクにおいても共用する。換言すれば、アップリンクのために追加の望遠鏡を必要とするものではなく、通常使用するダウンリンク用の望遠鏡をそのまま共用できる点において、システムそのものを簡略化することができる利点がある。
【００２６】
なお、望遠鏡２０の構成は、上述した例に限定されるものではなく、既存のいかなる望遠鏡により具現化されるものであってもよい。
【００２７】
可変形鏡２３ａ、２３ｂは、望遠鏡２０の台座の追尾機能により、ミラーの反射面の方向が飛翔体に対して一定になるように構成されている。この可変形鏡２３ａ、２３ｂのミラーの反射面の方向と形状は、制御部２６から送信されてくる制御信号に基づいて制御され自在に変形可能である。また、この可変形鏡２３ａ、２３ｂのミラーの反射面を制御することにより、送信光波Ｔｘを人工衛星１１の方向へ導くことが可能となる。また可変形鏡２３ａ、２３ｂは、送信光波Ｔｘの伝搬経路を上述した制御信号に基づいて微調整することも可能となる。
【００２８】
光分離部２４ａ、２４ｂは、ビームスプリッタ、ハーフミラー等で構成されている。この光分離部２４ａは、可変形鏡２３ａを反射する受信光波Ｒｘを反射させて波面センサ２５ａへと導く。またこの光分離部２４ａは、外部から伝搬してくる送信光波Ｔｘをそのまま通過させて可変形鏡２３ａへと導く。光分離部２４ｂは、可変形鏡２３ｂを反射する受信光波Ｒｘの一部を通過させて外部へと導くとともに、当該受信光波Ｒｘの一部を反射させて波面センサ２５ｂへと導く。このような光分離部２４ａ、２４ｂを導入することにより、受信光波Ｒｘに加え、送信光波Ｔｘの伝搬経路Ｐ２を含む空間を伝搬した経路伝搬光を一つの望遠鏡２０により受信してこれらを互いに分離することができる。送信光波Ｔｘの送信光軸は、衛星の軌道計算等により、受信光波Ｒｘの受信光軸に対して、可変形鏡２３ａや図示しない送信光波Ｔｘの光学系により衛星の速度に基づく見込み角度分バイアスをかけて送信される。
【００２９】
波面センサ２５ａ、２５ｂは、波面歪（収差）をリアルタイムに測定するためのデバイスである。波面センサ２５ａは、光分離部２４ａからの受信光波の波面歪を測定し、その測定結果を制御部２６へ送信する。また波面センサ２５ｂは、光分離部２４ｂからの受信光波の波面歪を測定し、その測定結果を制御部２６へ送信する。
【００３０】
制御部２６は、波面センサ２５ａ、２５ｂから送信されてくる波面歪の測定結果を受信する。この制御部２６は、送信されてくる波面歪の測定結果に基づいて可変形鏡２３ａ、２３ｂを制御するための制御信号を生成する。制御部２６は、生成した制御信号を可変形鏡２３ａ、２３ｂに送信をする。
【００３１】
光分離部２４ａに向けて伝搬してくる送信光波Ｔｘは、上述した図示しないゲートウェイや地上通信ネットワーク、通信体等において生成される。また光分離部２４ｂを通過する受信光波Ｒｘは、上述した図示しないゲートウェイや地上通信ネットワーク、通信体等に送られることとなる。
【００３２】
次に上述した構成からなる空間光通信装置２の処理動作方法について説明をする。
【００３３】
図３は、人工衛星１１から空間光通信装置２へ光通信するダウンリンクと、空間光通信装置２から人工衛星１１へ光通信するアップリンクの各伝搬経路を示している。
【００３４】
人工衛星１１から空間光通信装置２に向けてダウンリンクの受信光波Ｒｘを発信し、これを受信した空間光通信装置２から発信されたアップリンクの送信光波Ｔｘが人工衛星１１に到達送信するまでに、光速は一定であることを鑑みてもコンマ数秒程度を要する。このため、図３に示すように、ダウンリンクの受信光波Ｒｘの入射方向と同一方向に向けてアップリンクの送信光波Ｔｘを出射した場合であっても、そのコンマ数秒間において人工衛星が移動してしまう。このため、図３に示すようにアップリンクの送信光波Ｔｘの伝搬経路は、ダウンリンクの受信光波Ｒｘの伝搬経路と異なるものとなり、互いに所定の角度に亘りずれることとなる。
【００３５】
その結果、アップリンクの送信光波Ｔｘの伝搬経路は、ダウンリンクの受信光波Ｒｘの伝搬経路は、空間Ｐ１において重複することとなる。一方、空間Ｐ２はダウンリンクの受信光波Ｒｘのみの伝搬空間となり、空間Ｐ３はアップリンクの送信光波Ｔｘのみの伝搬空間となる。
【００３６】
このため、ダウンリンクの受信光波Ｒｘのみを受信することの意味するところは、ちょうど図３における空間Ｐ１、Ｐ２を伝搬する光（電磁波）のみを受信し、空間Ｐ３における光（電磁波）の情報を受信できていない状態となる。このため、空間Ｐ３における光リンクのフェージングや瞬断を生じさせる大気の揺らぎ等の効果が反映された光（電磁波）の情報（以下、大気情報という。）を取得することができない。特にアップリンクの送信光波Ｔｘは、上層になるにつれ大気揺らぎの影響は小さくなるものの、飛翔体の速度の条件によっては空間Ｐ１よりもむしろ空間Ｐ３を伝搬する時間、距離が長くなる。
【００３７】
このため、本発明においては、ダウンリンクの受信光波Ｒｘを受信することにより空間Ｐ１、Ｐ２の大気情報を取得すると共に、この空間Ｐ３の大気情報も一緒に取得する。そして、この取得した空間Ｐ１、空間Ｐ３の大気情報に基づいて、アップリンクの送信光波Ｔｘの伝搬経路の補正を行う。
【００３８】
実際にこの空間Ｐ１の大気情報は、上述したとおりダウンリンクの受信光波Ｒｘを受信することにより取得することができるが、空間Ｐ３の大気情報は図３に示す経路伝搬光を受光することにより取得する。経路伝搬光は、送信光波Ｔｘの伝搬経路Ｐ２を含む空間を伝搬した光（電磁波）であればいかなるものも含む。この経路伝搬光は、空間Ｐ３の全部が含まれる場合に限定されるものではなく、一部が含まれるものであってもよい。
【００３９】
このような経路伝搬光を受光するためには、図２に示すように望遠鏡２０における鏡筒の先端面に形成された一つの大きな開口２１で構成し、ダウンリンクの受信光波Ｒｘと経路伝搬光の一部又は全部を受光するようにしてもよい。或いは図４に示すように、複数の開口２１ａ〜２１ｄで構成し、これらによりダウンリンクの受信光波Ｒｘと経路伝搬光の一部又は全部を受光するようにしてもよい。
【００４０】
受信光波Ｒｘと伝搬経路光の取得範囲としては、図３に示すように、少なくとも主に大気が影響する地上２０ｋｍの範囲を中心に検討するようにしてもよい、仮にダウンリンクの受信光波Ｒｘの伝搬経路と、アップリンクの送信光波Ｔｘの伝搬経路との角度差が２０μradである場合において、２０ｋｍ×２０μrad＝４０ｃｍ分だけ開口２１を拡大させる必要があることが分かる。
【００４１】
なお、図３に示す形態は、図２に示すような同一の開口２１を介してダウンリンクの光波と、アップリンクの光波を送受信する場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではなく、例えば一の開口２１ａにより受信光波Ｒｘを受信し、他の一の開口２１ｄを介して送信光波Ｔｘを送信するようにしてもよい。
【００４２】
このようにして開口２１を介して受信した受信光波Ｒｘ並びに経路伝搬光は、共に可変形鏡２３ａ、２３ｂへと送られる。
【００４３】
このうち受信光波Ｒｘは、可変形鏡２３ｂを介して反射され、一部は光分離部２４ｂをそのまま通過して外部のゲートウェイや地上通信ネットワーク、通信体等に送られることとなる。またこの受信光波Ｒｘの一部は光分離部２４ｂを反射して波面センサ２５ｂに到達する。
【００４４】
これに対して経路伝搬光は、可変形鏡２３ｂで経路が折り曲げられた後、光分離部２４ａ、２４ｂにおいて反射され、波面センサ２５ａ、２５ｂに到達する。
【００４５】
波面センサ２５ａ、２５ｂに到達した受信光波Ｒｘ並びに経路伝搬光は、それぞれ波面歪が検出されることとなる。この検出した波面歪を通じて受信光波Ｒｘにおける伝搬経路の大気揺らぎ等に基づく大気情報を取得することが可能となる。また検出した波面歪を通じて経路伝搬光における伝搬経路の大気揺らぎ等に基づく大気情報を取得することが可能となる。
【００４６】
波面センサ２５ａ、２５ｂは、この大気情報が反映された受信光波Ｒｘ、経路伝搬光の波面歪を制御部２６へ送信する。
【００４７】
制御部２６は、これら受信した波面歪から、受信光波Ｒｘ、経路伝搬光の大気情報を取得することができる。その結果、これから人工衛星１１に向けて送信しようとする送信光波Ｔｘの伝搬経路に含まれる空間Ｐ１、Ｐ３の大気情報を判別することが可能となる。
【００４８】
なお、図１に示す実施形態はあくまで一例であり、可変形鏡２３ａ、波面センサ２５ａ等の構成を省略し、図５に示すように可変形鏡２３ｂ、光分離部２４ｂ、波面センサ２５ｂのみで上述した処理動作を実行するようにしてもよい。かかる場合には、受信光波Ｒｘと伝搬経路光を、可変形鏡２３ｂにて反射し、光分離部２４ｂにおいてこの受信光波Ｒｘと伝搬経路光を分離し、分離した経路伝搬光を波面センサ２５ｂにて受信する。このとき受信光波Ｒｘの一部もこの波面センサ２５ｂにて受信するようにしてもよい。制御部２６の動作は上述と同様である。
【００４９】
また送信光波Ｔｘから光分離部２４ｂとの間に、同じ波面センサ２５ｂを用いるが、受信光波Ｒｘの集光効率を上げるために可変形鏡２３ｂとは別に送信光波Ｔｘのみに別の可変形鏡を挿入する構成としてもよい。
【００５０】
またこれ以外には、可変形鏡２３、光分離部２４、波面センサ２５からなるセットを３セット以上で構成し、何れも制御部に連続する構成としてもよい。
【００５１】
この大気情報の判別の方法としては、波面歪を通じて判断する。このとき、波面歪の大きさや変動速度や分散度合等の各種データから判断するようにしてもよい。
【００５２】
次に外部のゲートウェイや地上通信ネットワーク、通信体により、送信光波Ｔｘが生成された場合には、光分離部２４ａを通過し、可変形鏡２３ａへ送られることとなる。かかる場合において制御部２６は、上述のようにして判別した大気情報に基づき、制御信号を生成することとなる。この制御信号は、識別した波面歪に基づいて生成される。波面歪には、可変形鏡２３ａ、２３ｂによる受信光波Ｒｘと伝搬経路光の受光角度に関する情報も含まれている。更にこの波面歪は、大気情報が反映されたものとなっている。このため、波面歪を識別することで、これが反映されている受信光波Ｒｘと伝搬経路光の受光角度と、大気情報を間接的に判別することが可能となる。
【００５３】
この波面歪、ひいてはこれが反映される大気情報を間接的に判別した結果に基づいて、望遠鏡２０から出射される送信光波Ｔｘの伝搬経路を変化させるための制御信号を生成する。伝搬経路を変化させる上でベースとなるのが、元の受信光波Ｒｘと伝搬経路光の受光角度となるが、これも波面歪を介して取得できる。伝搬経路の角度をどの程度変化させるかについても、過去の測定値等に基づいて予め波面歪との検量線や換算式を作成しておき、この作成した検量線や換算式に基づいて実際の送信光波Ｔｘの伝搬経路を決めるようにしてもよい。即ち、制御部２６は、波面歪を介して空間Ｐ１、Ｐ３を含む空間の大気揺らぎ等の大気情報を検知し、検知した大気情報に基づいて伝搬経路を補正するための制御信号を生成するものであればいかなるものであってもよい。また測定した波面歪から伝搬経路の角度を算出するものであればいかなるものであってもよい。
【００５４】
可変形鏡２３ａは、大気の揺らぎやフェージングの影響を軽減するように加味された制御信号を制御部２６から受信することができ、これに基づいて送信光波Ｔｘの伝搬経路の角度を決めることができる。その結果、望遠鏡２０から出射された送信光波Ｔｘは、大気の揺らぎやフェージングの影響を加味した伝搬経路で伝搬して人工衛星１１へ到達することとなる。
【００５５】
従って、本発明を適用した空間光通信装置２は、従来のようにレーザーガイド星を生成することなく、大気の揺らぎやフェージング等の影響を加味した送信光波Ｔｘの伝搬経路を選定できる補償光学系を提供することが可能となる。その結果、アップリンクの送信光波Ｔｘを人工衛星１１に向けて高精度に送信することが可能となる。
【００５６】
なお本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、大気情報を取得する上では、受信光波Ｒｘの情報を捨象し、あくまで経路伝搬光のみの情報に基づくようにしてもよい。これにより、空間Ｐ３のみの大気情報に基づいて制御信号を生成することとなるが、かかる場合においても同様の効果を得ることが可能となる。
【００５７】
また上述した実施の形態においては波面センサ２５ａ、２５ｂの２つで構成する場合を例にとり説明をしたが、これ限定されるものではなく１以上であればいかなる数で構成されていてもよい。
【００５８】
また制御部２６は、受信光波Ｒｘの波面歪に基づいて、ダウンリンクの受信光波Ｒｘの伝搬経路を補正するための制御信号を生成するようにしてもよい。受信光波Ｒｘの伝搬経路の大気情報を取得し、これを補正するための制御信号を生成することで受信光波Ｒｘの伝搬経路につき、空気揺らぎの影響を除去できるよう補正することが可能となる。
【００５９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。空間光通信装置２は地上に設置される場合に限定されるものではなく、人工衛星１１に対してダウンリンク、アップリンクの光信号の送受信を行う他の車両、船舶、航空機等を始めとした通信体に搭載されるものであってもよい。このとき、当該他の通信体に対しても空間光通信装置２と条件の合った装置を搭載することにより、互いに光信号の送受信を行うことが可能となる。
【００６０】
上述した構成からなる本発明によれば、大気の影響によりアップリンクの送信光波Ｔｘの伝搬経路がずれてしまい、更に大きく分散してしまうのをより確実に防止することができる。通常であればアップリンクの送信光波Ｔｘが大気の影響により分散してしまうことを考慮し、送信光波Ｔｘのパワーを大きくせざるを得なくなるが、本発明は、かかる送信光波Ｔｘのパワーを無理に増大させる必要が無くなる。その結果、送信光波Ｔｘの送信電力を低減させることが可能となる。
【００６１】
また、本発明では、Isoplanatic Angleθ0以上の空間的に相関のない角度以上ではレーザの大気揺らぎによる補正が困難であった問題を解決し、従来技術の如く、Isoplanatic Angleθ0角度以内で使用するためのリアルタイムなレーザーガイド星への変更を余儀なく行う必要が無くなり、システムの負荷を軽減させることが可能となる。
【符号の説明】
【００６２】
１  宇宙通信システム
２  空間光通信装置
１１  人工衛星
２０  望遠鏡
２１  開口
２２  副鏡
２３  可変形鏡
２４  光分離部
２５  波面センサ
２６  制御部
７１  人工衛星
７２  地上局
Ｐ１〜Ｐ３  空間
Ｒｘ  受信光波
Ｔｘ  送信光波
【図１】
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【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】
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