(57)【要約】  衛星のコンステレーションおよび地球観測のための関連する方法を開示する。一方法は、少なくとも４つの衛星のコンステレーションを用いて、少なくとも４つの信号のセットを地球に向けて送信するステップと、コンステレーションを用いて地球から少なくとも４つの反射信号のセットを受信するステップとを含む。当該方法はまた、データのセットを生成するために、少なくとも４つの信号アナライザのセットを用いて、少なくとも４つの信号のセットを解析するステップを含む。コンステレーション内の各々の衛星は、少なくとも４つの信号アナライザのセット中の信号アナライザを個々に収容する。当該方法はまた、データのセットを用いて地球観測のセットを導出するステップを含む。各々の衛星は、コンステレーション内の１つおきの衛星から少なくとも４つの信号のセット中の信号を受信する。
2021515901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球観測のセットを生成するために、少なくとも４つの衛星の対称的なマルチスタティックコンステレーションを動作させるための方法であって、
少なくとも４つのサウンディング信号のセットを前記コンステレーションから地球に向けて送信するステップを含み、前記コンステレーション内の各々の衛星は、個々に、前記サウンディング信号のセット中の少なくとも１つのサウンディング信号を生成し、前記方法はさらに、
前記コンステレーションを用いて地球から少なくとも４つの前方散乱信号のセットを検出するステップを含み、
前記前方散乱信号のセット中の信号は、サウンディングペアのセットを形成するために、前記サウンディング信号のセット中の信号と一意的に対応し、
前記サウンディングペアのセット中の各々のサウンディングペア中の信号は、前記コンステレーション内の別々の衛星によって送信および受信され、前記方法はさらに、
データのセットを得るために、少なくとも４つの信号アナライザのセットを用いて、前記少なくとも４つの前方散乱信号のセットを解析するステップを含み、前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記少なくとも４つの信号アナライザのセット中の信号アナライザを個々に収容し、前記方法はさらに、
前記データのセットを用いて前記地球観測のセットを導出するステップを含む、方法。
【請求項２】
前記データのセットは、前記前方散乱信号のセットの位相、振幅、遅延、周波数および偏波を含み、
前記導出するステップは、スキャタロメトリ導出および高度測量導出を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記サウンディング信号のセット中の少なくとも２つの時間ゲーティングされたサウンディング信号を個々に生成し、
前記コンステレーション内の各々の衛星は発振器を含み、前記コンステレーションは発振器のセットを含み、
前記送信するステップおよび前記検出するステップは、前記発振器のセットを用いて実行され、
前記導出するステップは、合成開口レーダ導出を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記サウンディング信号のセット中の時間ゲーティングされたサウンディング信号を少なくとも２セット、個々に生成し、
前記コンステレーション内の各々の衛星は発振器を含み、前記コンステレーションは発振器のセットを含み、
前記送信するステップおよび前記検出するステップは、前記発振器のセットを用いて実行され、
前記導出するステップは、干渉合成開口レーダ導出を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記サウンディング信号のセット中の各々の信号は、ＰＮ符号のセットから固有のＰＮ符号を用いて符号化され、
前記信号アナライザのセット中の信号アナライザはＰＮ符号信号アナライザである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記コンステレーションを用いて地球から少なくとも４つの後方散乱信号のセットを検出するステップをさらに含み、前記後方散乱信号のセット中の信号は、モノスタティックサウンディングペアのセットを形成するために前記サウンディング信号のセット中の信号と一意的に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
不均一な横方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球上の反射点のセットにおいて地球からの前記少なくとも４つの前方散乱信号のセットを反射させるステップとをさらに含み、
前記コンステレーションは、複数の衛星を含み、
前記サウンディングペアのセットはｎの二乗に等しいセットサイズであり、ｎは前記コンステレーション内の衛星の数であり、
前記反射点のセットは、前記数の２倍よりも大きく、
前記反射点のセットは、均一な横方向間隔を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するステップは、地球上の単一の共通の反射点を標的としており、
前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するステップは、前記少なくとも４つの衛星のセット上に位置する少なくとも４つの発振器のセットを用いて、１回で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記コンステレーションが前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記コンステレーション内のすべての衛星と、前記単一の共通の反射点に対する視角を共有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
不均一な軸方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球からの前記少なくとも４つの前方散乱信号のセットを、地球上の単一の共通の反射点において反射させるステップとを含み、
前記コンステレーションが前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記コンステレーション内の各々の衛星は前記単一の共通の反射点から等距離にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
不均一な軸方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球からの前記少なくとも４つの前方散乱信号のセットを、地球上の単一の共通の反射点において反射させるステップとを含み、
前記コンステレーションが前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記コンステレーション内の衛星の第１のサブセットは、第１の距離に従って反射点から等距離にあり、
前記コンステレーションが前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記衛星のセット中の衛星の第２のサブセットは、第２の距離に従って前記反射点から等距離にあり、
前記第１の距離および前記第２の距離は異なっている、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
不均一な軸方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球からの前記少なくとも４つの前方散乱信号のセットを、地球上の第１の単一の共通の反射点において反射させるステップと、
前記不均一な軸方向間隔をシフトさせるステップと、
地球からの少なくとも４つの前方散乱信号の第２のセットを、地球上の第２の単一の共通の反射点として反射させるステップとを含み、
前記第１の単一の共通の反射点および前記第２の単一の共通の反射点は、前記コンステレーションにわたって横方向にシフトされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記コンステレーションを用いて地球からの前記少なくとも４つの前方散乱信号のセットを検出するステップはさらに、
発振器のセットを用いて前記４つの前方散乱信号のセットのために時間遅延をゲーティングするステップと、
前記４つの前方散乱信号のセットのために周波数シフトをゲーティングするステップとを含み、
前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記発振器のセット内に発振器を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記地球観測は、相対トポグラフィ、表面風速および方向、ならびに絶対高度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
地球観測のセットを生成するために少なくとも４つの衛星のコンステレーションを動作させるための方法であって、
サウンディング信号のセットを前記コンステレーションから地球に向けて送信するステップを含み、前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記サウンディング信号のセット中の少なくとも１つのサウンディング信号を個々に生成し、前記方法はさらに、
前記コンステレーションを用いて地球からの前方散乱信号のセットを検出するステップを含み、
前記前方散乱信号のセット中の信号は、サウンディングペアのセットを形成するために前記サウンディング信号のセット中の信号と一意的に対応し、
前記サウンディングペアのセット中の各々のサウンディングペア中の信号は、前記コンステレーション内の別々の衛星によって送信および受信され、前記方法はさらに、
データのセットを得るために、信号アナライザのセットを用いて前記前方散乱信号のセットを解析するステップを含み、前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記信号アナライザのセット中の信号アナライザを個々に収容し、前記方法はさらに、
前記データのセットを用いて前記地球観測のセットを導出するステップを含み、
前記解析するステップは、ｎ（ｎ−１）に等しい数の前方散乱信号を用いて実行され、ｎは、前記コンステレーション内の衛星の数である、方法。
【請求項１６】
前記データのセットは、前記前方散乱信号のセットの位相、振幅、遅延、周波数および偏波を含み、
前記導出するステップは、スキャタロメトリ導出および高度測量導出を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記サウンディング信号のセット中の時間ゲーティングされたサウンディング信号を少なくとも２セット、個々に生成し、
前記コンステレーション内の各々の衛星は発振器を含み、前記コンステレーションは発振器のセットを含み、
前記送信するステップおよび前記検出するステップは、前記発振器のセットを用いて実行され、
前記導出するステップは、干渉合成開口レーダ導出を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記サウンディング信号のセット中の各々の信号は、ＰＮ符号のセットから固有のＰＮ符号を用いて符号化され、
前記信号アナライザのセット内の前記信号アナライザはＰＮ符号信号アナライザである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するステップは地球上の単一の共通の反射点を標的としており、
少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するステップは、前記少なくとも４つの衛星のセット上に位置する少なくとも４つの発振器のセットを用いて、１回で行われ、
前記コンステレーションが前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記コンステレーション内のすべての衛星と、前記単一の共通の反射点に対する視角を共有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
不均一な軸方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球からの少なくとも４つの前方散乱信号のセットを、地球上の単一の共通の反射点において反射させるステップとを含み、
前記コンステレーションが前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記コンステレーション内の各々の衛星は前記単一の共通の反射点から等距離にある、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
不均一な軸方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球からの少なくとも４つの前方散乱信号のセットを、地球上の単一の共通の反射点において反射させるステップとを含み、
前記コンステレーションが少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記コンステレーション内の衛星の第１のサブセットは、第１の距離に従って前記反射点から等距離にあり、
前記コンステレーションが前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記衛星のセット中の衛星の第２のサブセットは、第２の距離に従って前記反射点から等距離にあり、
前記第１の距離および前記第２の距離は異なっている、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
不均一な軸方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球からの少なくとも４つの前方散乱信号のセットを、地球上の第１の単一の共通の反射点において反射させるステップと、
前記不均一な軸方向間隔をシフトさせるステップと、
地球からの少なくとも４つの前方散乱信号の第２のセットを、地球上の第２の単一の共通の反射点として反射させるステップとを含み、
前記第１の単一の共通の反射点および前記第２の単一の共通の反射点は、前記コンステレーションにわたって横方向にシフトされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記コンステレーションを用いて地球からの少なくとも４つの前方散乱信号のセットを検出するステップはさらに、
発振器のセットを用いて４つの前方散乱信号のセットのために時間遅延をゲーティングするステップと、
前記４つの前方散乱信号のセットのために周波数シフトをゲーティングするステップとを含み、
前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記発振器のセット内に発振器を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
地球観測のセットを生成するために少なくとも４つの衛星のコンステレーションを動作させるための方法であって、
前記コンステレーションを用いて、少なくとも４つの信号のセットを地球に向けて送信するステップと、
前記少なくとも４つの信号のセットを送信するステップの後、前記コンステレーションを用いて地球から少なくとも４つの反射信号のセットを受信するステップとを含み、前記少なくとも４つの反射信号のセットは地球から反射した後の前記少なくとも４つの信号のセットであり、前記方法はさらに、
前記少なくとも４つの信号のセットを受信するステップの後、データのセットを生成するために少なくとも４つの信号アナライザのセットを用いて前記少なくとも４つの信号のセットを解析するステップを含み、前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記少なくとも４つの信号アナライザのセット中の信号アナライザを個々に収容し、前記方法はさらに、
前記データのセットを用いて前記地球観測のセットを導出するステップを含み、
各々の衛星は、前記コンステレーション内の１つおきの衛星から前記少なくとも４つの信号のセット中の信号を受信する、方法。
【請求項２５】
前記データのセットは、前方散乱信号のセットの位相、振幅、遅延、周波数および偏波を含み、
前記導出するステップは、スキャタロメトリ導出および高度測量導出を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記コンステレーション内の各々の衛星は、サウンディング信号のセット中の時間ゲーティングされたサウンディング信号を少なくとも２セット、個々に生成し、
前記コンステレーション内の各々の衛星は発振器を含み、前記コンステレーションは発振器のセットを含み、
前記送信するステップおよび検出するステップは、前記発振器のセットを用いて実行され、
前記導出するステップは、干渉合成開口レーダ導出を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
サウンディング信号のセット中の各々の信号は、ＰＮ符号のセットから固有のＰＮ符号を用いて符号化され、
前記信号アナライザのセット内の前記信号アナライザはＰＮ符号信号アナライザである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するステップは地球上の単一の共通の反射点を標的としており、
前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するステップは、前記少なくとも４つの衛星のセット上に位置する少なくとも４つの発振器のセットを用いて、１回で行われ、
前記コンステレーションが前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記コンステレーション内の各々の衛星は、前記コンステレーション内のすべての衛星と、前記単一の共通の反射点に対する視角を共有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
不均一な軸方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球からの少なくとも４つの前方散乱信号のセットを、地球上の単一の共通の反射点において反射させるステップとを含み、
前記コンステレーションが少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記コンステレーション内の各々の衛星は前記単一の共通の反射点から等距離にある、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
不均一な軸方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球からの少なくとも４つの前方散乱信号のセットを、地球上の単一の共通の反射点において反射させるステップとを含み、
前記コンステレーションが少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記コンステレーション内の衛星の第１のサブセットは、第１の距離に従って前記反射点から等距離にあり、
前記コンステレーションが前記少なくとも４つのサウンディング信号のセットを送信するとき、前記衛星のセット中の衛星の第２のサブセットは、第２の距離に従って前記反射点から等距離にあり、
前記第１の距離および前記第２の距離は異なっている、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
不均一な軸方向間隔を用いて前記コンステレーションを間隔を空けて配置するステップと、
地球からの少なくとも４つの前方散乱信号のセットを、地球上の第１の単一の共通の反射点において反射させるステップと、
前記不均一な軸方向間隔をシフトさせるステップと、
地球からの少なくとも４つの前方散乱信号の第２のセットを、地球上の第２の単一の共通の反射点として反射させるステップとを含み、
前記第１の単一の共通の反射点および前記第２の単一の共通の反射点は、前記コンステレーションにわたって横方向にシフトされる、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
前記コンステレーションを用いて地球からの少なくとも４つの前方散乱信号のセットを検出するステップはさらに、
発振器のセットを用いて４つの前方散乱信号のセットのために時間遅延をゲーティングするステップと、
前記４つの前方散乱信号のセットのために周波数シフトをゲーティングするステップとを含み、
前記コンステレーション内の各々の衛星は、発振器のセット内に発振器を含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１８年３月５日に提出された米国特許出願第１５／９１２，０４１号の利益を主張する。
【０００２】
背景
地球軌道には数千を超えるアクティブな衛星が存在する。これらの衛星のミッションは範囲および目的に応じて大きく異なっており、観測サービス、通信サービスおよび測位サービスを提供するミッションを含む。従来より、多くの衛星プログラムでは、ミッション実行のために単独のプラットフォームに焦点を合わせてきた。単独プラットフォームのモデルは依然として広く使用されており、ＮＡＳＡおよびＮＯＡＡにより流通している現在の観測ミッションで採用している多目的観測プラットフォームは１衛星当たり３０億ドルを超えるコストがかかる。しかしながら、現代のミッションは、組合わせて機能させるいくつかの衛星のコンステレーションによって実行されるミッションを含む。測位サービスの分野では、現在、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＧａｌｉｌｅｏおよびＢｅｉｄｏｕのコンステレーションなどと組合せて動作させる衛星のコンステレーションによって全球測位衛星システム（global navigation satellite System：ＧＮＳＳ）が提供されている。通信ミッションはまた、従来より、所与の地理区域への同報通信を担う単独のプラットフォームに焦点を合わせてきた。しかしながら、そのセクタ領域は衛星のコンステレーションの使用を含むように開発されており、現在では、多様な衛星ベースのインターネット通信を提供するために、ＫｕバンドスペクトルまたはＫａバンドスペクトルを用いる地球低軌道（low earth orbit：ＬＥＯ）衛星の大規模コンステレーションが開発されている。現在、撮像観測ミッションは、撮像可能な面積を増やすとともに待ち時間を減らすために、複数の衛星のコンステレーションによって行われることが多い。さらに、ＧｅｏＯｐｔｉｃｓなどの企業は、現在、大気電波掩蔽（atmospheric radio occultation：ＲＯ）などの他の種類の地球観測ミッションのためにキューブサット（cubesat）を開発している。
【０００３】
広範囲の観測の典型例にわたるコストおよび性能の両方の観点から、より低コストの小型衛星を用いることが有益であることが証明されている。たとえば、光学撮像を向上させる観点から、いくつかの民間企業は、より完全かつ最新の地球画像を提供するために特定の編成で飛行する複数のキューブサットを利用しており、その利点は、より多くの目がより多くの場所でより多くの情報を得ることである。しかしながら、コンステレーションはまた、情報のリターンを向上させるために同じ現象の観測を相関させて比較する能力に関する利点を提供する。ＲＯ観測は、このようにコンステレーションを用いることによって利益をもたらした。ＲＯは、その媒体に関する情報を得るために、その媒体を通過する無線信号の変化を観測することを要する。たとえば、ＧＮＳＳによって生成される無線信号を用いて実行されるＲＯは、地球の大気に関する情報を提供することができる。Ｔ．Ｐ．ＹｕｎｃｋおよびＧ．Ａ．Ｈａｊｊによる「Global Navigation Satellite Sounding of the Atmosphere and GNSS Altimetry: Prospects for Geosciences, Jet Presentation Laboratory，カリフォルニア工科大学（California Institute of Technology：カリフォルニア州パサディナ（Pasadena, California）；１９８７年）を参照されたい。２つ以上の衛星を必要とするこのＲＯミッションは、ドイツのＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸおよびＴａｎｄｅｍ−Ｘ radarといった撮像システム、ならびに、台湾のＧＮＳＳ  ＲＯ衛星のＣＯＳＭＩＣシステムを含む。ＲＯに加えて、衛星のコンステレーションはまた、地球の表面に関する高度測量および他の測定を獲得するための潜在的な手段とみなされてきた。たとえば、ＮＡＳＡが資金提供したサイクロングローバルナビゲーション衛星システム（Cyclone Global Navigation Satellite System：ＣＹＧＮＳＳ）は、海面風に関する情報を得るために衛星のコンステレーションを用いて地球からのＧＮＳＳ信号の反射を受動的に観測できるようになることを期待して設計されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
地球観測のための衛星のコンステレーションおよびそれに関連する方法を開示する。本明細書で用いられる場合、地球観測（Earth Observation）という語は、地球の表面または大気に関する情報を得る目的で衛星によって行われるすべての測定を含む。たとえば、地球観測は、全球海洋、氷、および地上高度測量、全球海洋散乱計測、表面トポグラフィ、大気および表面温度感知、植物陸上被覆および群落高感知、地質レーダサウンディング、３次元電離層マッピング、他の観測を含む。これらの観測から収集された情報が追加の解析によって合成されることで、さらなる地球観測、たとえば、沿岸海面高さ、表面ベクトル風、氷河後退、土壌水分変化、地球温度変化、森林破壊、および他のより複雑な観測が獲得される。コンステレーションは、地球上の１個所での複数の測定を同時に、または地球全体の複数の測定を迅速に獲得するために、多くの個々の衛星を含み得る。
【０００５】
いくつかのアプローチでは、コンステレーション内のすべての衛星は、地球の表面との間でサウンディング信号を送受信するように構成され得る。したがって、１つのデバイスが複数のサウンディング信号を送信して別のデバイスまたは複数デバイスのセットがそれらのサウンディング信号を受信する非対称なシステムとは対照的に、コンステレーションは、すべての衛星が送信機および受信機の両方として同時にまたは順々に機能する対称的なシステムであり得る。さらに、コンステレーション内の衛星は、コンステレーション内の他の衛星に信号を送信するとともにコンステレーション内の他の衛星から信号を受信するように構成され得る。したがって、１つのデバイスが１つのサウンディング信号を送信するとともに、そのサウンディング信号も受信するモノスタティックシステムとは対照的に、コンステレーションはバイスタティックまたはマルチスタティックであり得る。さらに、これらの衛星は、同様の高度または等しい高度で隊列を組んで飛行することができる。特定のアプローチでは、コンステレーションは少なくとも４つの衛星を含む。少なくとも４つの衛星のセットは、さらに、複数の視点から、但し同じ視角で、地球表面上の単一位置の前方散乱観測を２セット発生させることができる。これは、以下に記載するように、システムが正確なスキャタロメトリを行なうことが可能であるという点で有意な利益を提供する。
【０００６】
特定のアプローチでは、コンステレーション内の衛星によって送信されるサウンディング信号は、信号を生成したコンステレーション内の個々の衛星に特有である固有の符号化で符号化することができる。特定のアプローチでは、固有の符号化は、擬似ランダムノイズ符号（ＰＮ符号）変調によって達成される。結果として、受信したサウンディング信号の送信元は、容易に入手可能なＰＮ符号受信機を用いて受信側衛星によって判定することができ、送信衛星は、容易に入手可能なＰＮ符号送信機を用いてその符号化を引起すことができる。さらに、符号化がどのように実行されるかに関わらず、コンステレーションは、受信信号の送信元を判定することができ、信号についてより有意義な測定を実行することができるという利益を得る。たとえば、受信信号が基準線と比較して「Ｘ」度だけ減衰されており、信号源が距離「Ｙ」であった場合、減衰および距離をともに用いることで、信号が通過した媒体に関する情報および／または信号を地球表面から反射させた方法に関する情報を提供することができる。
【０００７】
特定のアプローチでは、コンステレーションは、地球低軌道（ＬＥＯ）に配置され得る。これによって得られるいくつかの利点によれば、送信されるサウンディング信号を遠くまで進ませる必要がなくなり、かつ、システムを最小の質量もしくは電力で設計することが可能になるか、または、それ以外の場合には利用不可能であったであろう周波数を用いるように設計することが可能となる。コンステレーションは、静止軌道における衛星と比較して、その送信機のために必要となる電力および／またはアンテナのサイズがはるかに小さくなるように、５００ｋｍの公称セル高度を取るように設計することができる。また、ＬＥＯ内の衛星は、ＧＰＳコンステレーションなどの地球高軌道でＧＮＳＳネットワークから信号を受信することができる上向きアンテナを用いることで、それらの位置を正確に判定することができるようになるだろう。
【０００８】
図１は、地球表面に対する、サウンディング信号の送受信に用いられる衛星１００のコンステレーションに関する概念を例示する。サウンディング信号は、コンステレーション１００内の衛星を地球１０１の表面に接続する線によって示される。たとえば、モノスタティックサウンディングペア１０２は衛星１０３を地球１０１の表面に接続する。図の上半分では、明瞭にするためにモノスタティック送信信号だけを示している。モノスタティックサウンディングペアは、衛星から地球の表面に送られる送信サウンディング信号と、地球から反射して衛星に戻ってくる後方散乱信号とからなる１対のサウンディング信号によって形成される。図の下半分には、すべてのマルチスタティック送信信号がモノスタティック送信信号と共に示されている。バイスタティックサウンディングペアは、衛星から地球の表面に送られる送信サウンディング信号と、地球からコンステレーション内の別の衛星に反射される前方散乱信号とからなる１対のサウンディング信号によって形成される。したがって、線１０４および線１０６は、衛星１０５および衛星１０３がともに互いの相手側衛星との間で個々に送信および受信することができるように、２セットのサウンディング信号を含み得る。
【０００９】
コンステレーション１００などのコンステレーションによって生成される有効な観測の数は膨大である。図示のとおり、コンステレーション内の各衛星は、送信衛星に加えて、コンステレーション内の任意の送信衛星から生じる固有の前方散乱信号を個々に受信することができる。したがって、「ｎ」がコンステレーション内の衛星の数に等しければ、前方散乱信号に起因する観測の数はｎ（ｎ−１）であり、モノスタティック後方散乱観測に起因するものを含む観測の全セットはｎ２である。さらに、前方散乱信号について提供される数は、送信衛星の送信パルスから最初に到着する、等間隔に離間した観測点の第１の前方散乱についての観測数だけである。以下に説明するように、モノスタティック観測およびバイスタティック観測の数はともに、コンステレーションの軌道軸から外れてコンステレーションの軌道軸にわたって任意の点で測定を行なうこと、コンステレーションのアンテナをビームステアリングすること、および、サウンディング信号に対してさまざまな形態および組合わせの時間ベース、周波数ベースまたは符号ベースのゲーティングを行なうことによって、劇的に増やすことができる。
【００１０】
「信号」という語は、本明細書においては、伝搬電磁波に含まれる情報および伝搬電磁波の主要な物理的特徴の両方によって特徴付けられるシステム要素を指すために用いられる。しかしながら、当業者であれば、上述の符号化などの同じ情報が、送信されたサウンディング信号および反射させた後方散乱信号または前方散乱信号の両方に含まれ得ることを理解するであろう。結果として、サウンディング信号がそれぞれの送信元を識別する情報で符号化されるアプローチにおいては、単一の衛星でも、各信号の送信元を追跡し続けながらコンステレーション内の他の衛星から同時に複数のサウンディング信号を容易に受信して処理することができる。ＰＮ符号変調によって符号化が行われる場合、ビジー区域における複数の電話呼を地上セルラー基地局によって処理およびルーティングすることを可能にするのと同じ技術を用いることで、単一衛星におけるコンステレーションのすべての成分前方散乱信号を識別することができる。
【００１１】
コンステレーション１００に従った衛星のコンステレーションは、いくつかの理由で、大量の高品質な地球観測を生成することができる。第１に、ＧＮＳＳ観測コンステレーションとは対照的に、サウンディング信号は、別の目的で情報を送信するために用いるためではなく、これらの観測を生成するために最適化されるべきそれらの周波数、振幅、および送信時間に関してカスタマイズされ得る。第２に、コンステレーション内の少なくとも４つの衛星を用いることにより、１個の点を天底（nadir／ナディア）から外れた所与の視角から、但し別々の視点から観測するのに少なくとも２セットの前方散乱信号が確実に利用可能となる。このことが有利である理由は、鏡面反射点から外れた前方散乱信号が後方散乱信号よりも検出し易いからであり、これは、より多くのエネルギが、天底から外れた方向への送信のために、比較的滑らかな表面から後方よりも前方に散乱する傾向があるからである。この態様はまた、以下においてより詳細に説明するように、スキャタロメトリ観測のためのいくつかの利点を提供する。第３に、各衛星に収容された信号アナライザは、各信号の振幅や送信時間の変化だけでなく、位相、周波数および偏波も観測することができる。個々の衛星を識別する情報でサウンディング信号が符号化されるコンステレーションの特定の事例においては、多大な作業なしでも、多数の信号が容易にパーズされて、この情報のすべてを得ることができる。これはまた、単一フィードからさまざまなＰＮ符号変調信号に分割し、上述のすべての情報を生成するように予め構成されているＰＮ信号アナライザなどの容易に入手可能な部品を用いて行なうことができる。地上電気通信ネットワークでは、この情報は一般に他の目的、たとえば、電話の通話品質を向上させることと、電気通信ネットワークのための送信または受信構成の強度を変更することとに関連する目的のために用いられる。しかしながら、地球観測を生成するために同じ情報を利用することができる。第４に、衛星のコンステレーションが地球低軌道（ＬＥＯ）にある場合、これらの衛星は、信号アナライザによって提供される情報の有用性を高めるために、ＧＮＳＳなどの地球高軌道（high Earth orbiting：ＨＥＯ）ナビゲーション衛星の既存のネットワークを利用して互いに対する位置を判定することができる。
【００１２】
図２は、地球観測のセットを生成するように、少なくとも４つの衛星の対称的なマルチスタティックコンステレーションを動作させるための方法のセットについてのフローチャート２００を含む。フローチャート２００は、少なくとも４つのサウンディング信号のセットをコンステレーションから地球に向けて送信するステップ２０１を含む。略図２１０に示されるように、サウンディング信号の各々は地球の表面上の１個所に向けて方向付けることができる。コンステレーション内の各衛星は、サウンディング信号のセット中の少なくとも１つのサウンディング信号を個々に生成する。サウンディング信号は、サウンディング信号を生成した衛星を具体的かつ一意的に識別する符号化で符号化することができる。これらの衛星はＬＥＯに位置し得るとともに、これらのサウンディング信号は、より高い軌道にある衛星と比較して地球により近接している点で電力を保持しながら適切な前方散乱の発生可能にするように選択することができる。
【００１３】
フローチャート２００はまた、コンステレーションを用いて地球からの少なくとも４つの前方散乱信号のセットを検出するステップ２０２を含む。前方散乱信号のセット中の信号は、サウンディングペアのセットを形成するためにサウンディング信号のセット中の信号と一意的に対応している。サウンディングペアのセット中の各サウンディングペア内の信号は、コンステレーション内の別々の衛星によって送受信される。図２２０は、図２１０からのサウンディング信号のうち半分のサウンディング信号によって生成される２つの前方散乱信号を点線を用いて示す。前方散乱信号はすべて、地球表面の同じエリアから反射され得る。信号が地球表面で反射する中心位置を信号の反射点と称してもよい。所与のコンステレーションのサウンディングペアは、異なる反射点または同じ反射点を標的とすることができる。コンステレーションはまた、必要に応じて複数の反射点を同時に標的にすることもできる。コンステレーション内の各衛星は、同じエリアから反射されるのと同様に、コンステレーション内の他のすべての衛星から前方散乱信号を受信することができる。
【００１４】
フローチャート２００はまた、コンステレーションを用いて地球から少なくとも４つの後方散乱信号のセットを受信するステップ２０３を含む。後方散乱信号のセット中の信号は、各衛星によって生成されるサウンディング信号でモノスタティックサウンディングペアを形成する。図２３０は、同じ衛星がどのように後方散乱信号を受信して、サウンディングペアから発信する送信信号を生成するかを示すために、単一の線によって個々に示される２セットの後方散乱サウンディングペアを示す。ステップ２０２および２０３はフローチャートにおいて等しいランクを占めている。なぜなら、前方散乱信号を生成する同じサウンディング信号がコンステレーションのための後方散乱信号を生成することができるので、これらステップ２０２および２０３がほぼ同時に実行され得るからである。一般に、コンステレーションが鏡面反射点から前方散乱を観測するアプローチにおいては、後方散乱信号はより弱くなるだろう。なぜなら、送信が天底から外れた方向に方向付けられると、より多くのエネルギが後方よりも前方に散乱する傾向があるからである。３つのステップ２０１〜２０３はすべて、ビームステアリングおよび／または任意の形態の信号ゲーティングを用いて実行されることで、コンステレーションの画像面に沿った任意の点における観測および画像面外の点からの観測を生成して捕捉することができる。
【００１５】
フローチャート２００はまた、１セットのデータを得るために散乱信号を解析するステップ２０４を含む。各々の前方散乱信号は、コンステレーション内の異なる衛星によって解析することができる。アナライザの観点から、サウンディングペアの２つの要素は、放射信号および受信信号と称され得る。ステップ２０４はまた、組合わせて、または代替的に、データのセットを得るために少なくとも４つの後方散乱信号のセットを解析するステップを含み得る。解析は、受信衛星に配置された信号アナライザによって行なうことができる。コンステレーションは信号アナライザのセットを含み得る。コンステレーション内の各衛星は、信号アナライザのセット中の信号アナライザを個々に収容することができる。解析は、受信信号の遅延、振幅、位相、周波数、偏波、符号化、または他の特徴を判定することを含み得る。信号アナライザはＰＮ符号信号アナライザであってもよい。解析は、受信信号を変調するために用いられた一意のＰＮ符号を判定することを含み得る。相互可視性が十分であると想定すると、解析ステップ２０４は、ｎ（ｎ−１）に等しい数の前方散乱信号を用いて実行することができる。ここで、ｎはコンステレーション内の衛星の数である。代替的には、解析ステップ２０４は、ｎ２に等しい数の前方散乱信号および後方散乱信号を用いて実行することができる。ここで、ｎはコンステレーション内の衛星の数である。さらに、ステップ２０１において適切なビームステアリングが実行される場合、解析ステップは、画像面外の多くの点から実行される測定を含み得るが、これは観測の数を劇的に増加させる。解析ステップおよび／または受信ステップ２０２〜２０４は、不要な信号から所望の信号をフィルタリングするために任意の形態の時間ベース、周波数ベースまたは符号ベースのゲーティングを用いて実行されてもよい。ゲーティングは、レンジゲーティングを含み得る。ゲーティングは、衛星上の固定されたハードウェアによって、または、衛星上のソフトウェアの制御下で機械的、電気的アナログ、もしくはデジタルのフィルタリングシステムによって実行することができる。
【００１６】
フローチャート２００はまた、ステップ２０４で得られたデータを用いて地球観測のセットを導出するステップ２０５を含む。このステップは、地上コンピュータシステムが、ステップ２０４で得られたデータを地球上の地上局に送信した後に行なうことができる。地上コンピュータシステムはサーバであってもよい。コンステレーションからのデータは、サウンディング信号の基本成分に至るまで、サーバがアクセスするデータストアに格納することができる。代替的には、コンステレーションによって生成されるデータは、コンステレーションによって集中的または分散的に格納され得る。データは、代替的には、または組合わせて、単一の衛星におけるコンステレーションによって、または分散コンピューティングアプローチを用いて生成され得る。コンステレーション内の特定の衛星は、他の衛星とは同一ではなく、特にデータ記憶または計算のために構成され得る。ステップ２０４で得られたデータは、この解析を容易にするためにコンステレーション内のデバイス間で共有することができる。地上ベースまたは衛星ベースの解析は、リアルタイムで、またはバッチ処理を用いて行なうことができる。解析はまた、送信および／または受信中にコンステレーションにおける衛星の位置およびアイデンティティに関するデータを利用することができる。衛星がＬＥＯにある状況では、衛星の位置は、動作中に衛星によって得られるＧＮＳＳデータによって判定することができる。導出は、スキャタロメトリ導出、高度測量導出、合成開口レーダ（synthetic aperture radar：ＳＡＲ）導出、および干渉導出、たとえば干渉ＳＡＲ（interferometric SAR：ＩｎＳＡＲ）導出などを含み得る。
【００１７】
フローチャート２００はまた、コンステレーションにおける間隔を設定または調整するステップ２０６を含む。衛星の相対位置は、ミッションのセット成分でもよく、またはミッションが動作中であれば変動する可能性もある。間隔の設定および調整は、コンステレーションの軌道２４１の方向に対して相対的に行なうことができる。間隔は、ミッションの要件に基づいて設定または変更することもできる。間隔はまた、１つまたは２つの衛星がそれらの位置を変更できる一方で他の衛星がコンステレーションの残りの衛星に対してそれらの相対位置を維持するように、個々に設定または調整され得る。コンステレーションの残りの衛星に対する軌道２４１の方向に沿った移動は、軸方向移動と称され得る。コンステレーションの残りの衛星に対する軌道２１４の方向に対して垂直な移動は、横方向移動と称され得る。これらの衛星は、いずれかの方向に沿ってそれぞれの位置を調整するように設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本明細書中に開示されるアプローチに従って地球の表面に対してサウンディング信号を送信および受信する衛星のコンステレーションに関する概念を示す図である。
【図２】本明細書中に開示されるアプローチに従って地球観測のセットを生成するために少なくとも４つの衛星の対称的なマルチスタティックコンステレーションを動作させるための方法のセットを示すフローチャートである。
【図３】本明細書中に開示されるアプローチに従って用いることができる３種類のキューブサットを示す図である。
【図４】本明細書中に開示されるアプローチに従って、軌道内で構成を変換することができる第４のタイプのキューブサットと、その変換のさまざまな位相とを示す図である。
【図５】衛星のコンステレーションについての３つの後方視点軌道図であって、不均一な横方向軌道トラックと均一な観測トラックとを、それらのコンステレーションのうちの１つについてのトップダウン型軌道図と共に示しており、これらすべては本明細書中に開示されるアプローチに従っている。
【図６】衛星のコンステレーションについてのトップダウン型軌道図であって、本明細書中に開示されるアプローチに従った不均一な横方向軌道トラックと不均一な軸方向間隔とを、地球の軌道を示す図に従ったコンステレーションの例示とともに示す。
【図７】本明細書中に開示されるアプローチに従って、複数の前方散乱信号が、スキャタロメトリ解析および関連する地球観測の導出についての有用な情報をどのようにして提供し得るかを示す図である。
【図８】本明細書中に開示されるアプローチに従った、衛星のコンステレーションのための２つのトップダウン型軌道図を、不均一な横方向軌道トラックと不均一な軸方向間隔とともに示す図である。
【図９】本明細書中に開示されるアプローチに従った、マルチスタティック遅延ドップラー観測を行なうコンステレーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
詳細な説明
本開示は、地球観測のための複数の衛星のコンステレーションの具体的な実現例と上述の概要で説明される関連する方法とに関する詳細を含む。これは、コンステレーションを構成する複数の衛星、上述の図２のステップの実現例、および地球観測のための複数の衛星のマルチスタティックコンステレーションの性能を強化するために用いることができる付加的なアプローチに関する付加的な詳細を含む。開示されるコンステレーションを構成する衛星は、比較的低コストの衛星とすることができ、たとえば、一括して製造することができるとともに１衛星当たり数百万ドルかかる１回の打ち上げで軌道に載せることができるキューブサットなどであり得る。これは、個々の衛星に５億ドル以上の費用がかかる従来の単独プラットフォームでのアプローチよりも大幅に改善されている。個々の衛星は、地球観測を生成するために使用可能な大量の有用なデータを生成するために、地上電気通信ネットワークにおいて従来より用いられてきた実績のある信号アナライザ技術を搭載することができる。衛星がＬＥＯに配置されるアプローチでは、個々の衛星の位置は、より高い軌道の衛星から容易に入手可能なＧＮＳＳ情報から取得することができるとともに、信号アナライザによって取得されるデータの有用性を高めるために用いることができる。コンステレーションは、地球観測のために、各衛星が天底指向性アンテナで３軸安定が得られるように構成することができる。
【００２０】
特定のアプローチでは、コンステレーションは、同じセットのサウンディング信号を用いて、高度測量およびスキャタロメトリの両方を行なうことができる。加えて、コンステレーションは、広観測幅ＩｎＳＡＲトポグラフィマッピングを実行できる能力を含む、ＳＡＲおよびＩｎＳＡＲ能力で強化され得る。信号遅延測定による絶対高度測量は、モノスタティックリターンによって行われる一方で、バイスタティックリターンおよびマルチスタティックリターンは、追加の高度測量測定、スキャタロメトリ、ＳＡＲ、およびＩｎＳＡＲに適用される。これらの複数の用途の性能は、その時点で軌道にある大規模な専用の単独プラットフォームミッションによって提供される性能を上回る可能性がある。さらに、いくつかの現行のミッションとは対照的に、個々のキューブサットの主要な要素は、プロセッサ、アビオニクス、信号アナライザ、および構造の点から、容易に入手可能な部品である。潜在的なキューブサットの３つの具体的な変形例を図３に示す。３つの変形例はすべて、大部分が共通の構成要素を備えた６０ｃｍ×２０ｃｍ×１０ｃｍ（１２Ｕ）のレーダキューブサットである。衛星は、ＧＮＳＳ信号を受信するために、天底指向性アンテナ（main nadir-pointing antenna）および上方向指向アンテナを有し得る。いくつかのアプローチでは、衛星はまた、コンステレーション内での直接通信のための側方向きアンテナを有し得る。
【００２１】
衛星は各々、信号遅延、振幅、位相、周波数、偏波、および任意の符号化を含む、受信したサウンディング信号および／またはＧＮＳＳ信号からすべての必要な量を抽出することができる信号プロセッサが埋込まれたコアを含み得る。信号アナライザは、信号アナライザが受信したすべてのサウンディング信号からコンステレーション内の他の衛星についての固有のコードを抽出するＰＮ符号アナライザであってもよい。サウンディング信号が符号化されるアプローチでは、高信号帯域幅を達成して高い測定精度を得るために、周波数掃引ではなく符号化を用いてレーダ高度測量を実行することができる。さらに、信号が符号化されないアプローチとは対照的に、コンステレーション内の複数のレーダは、同じ周波数で同時に動作することができるともに、単一の受信機は、多数のエミッタからのリターンを一度に収集することができる。コアはまた、アンテナからの電気信号を処理するためのフロントエンド電子機器を含み得る。フロントエンド電子機器およびアンテナは、高い帯域幅および周波数のために構成され得る。たとえば、フロントエンドは、６０ＧＨｚを超える周波数のために構成されてもよい。セルは、１．５ＧＨｚ、５ＧＨｚ、および１３ＧＨｚで送信するための送信機と、それらの周波数で受信するための受信機とを用いて構成され得る。コアはまた、たとえば、遅延ドップラー解析を実行するために、および／またはＳＡＲ撮像およびＩｎＳＡＲ解析のためのレーダリターンをコヒーレントに組合わせるために、正確な信号ゲーティングを実行するための高性能発振器を含み得る。
【００２２】
コアセル（または０型セル）３０１は、高精度の高度測量およびバイスタティックスキャタロメトリならびに基本的なＳＡＲのために設計されている。ここで、６０ｃｍ×２０ｃｍのシャーシ底部３０２はレーダアンテナである。ウィング３０３および３０４は、シャーシから延在する折り畳み式ソーラーパネルである。０型ユニットだけが強力な地球観測システムを形成し得る。０型セルの主要な構成要素は、プロセッサ、電力およびデータシステムを単純にサイズ設定して増大する負荷を処理することによって、かつ、追加の機能を実行するためのソフトウェアを提供することによって、１型セルまたは２型セルとして動作するように容易に構成することができる。１型セル３１０は０型セルの拡張部であって、６０ｃｍ×６０ｃｍの底面３１１全体が、ＳＡＲおよびＩｎＳＡＲと同様に、２次元高度測量およびスキャタロメトリのための電子操作可能なビームを有するレーダアンテナとなっている。２型セル３２０は、２つのウィングが長手方向に延在して、より長い１８０ｃｍ×２０ｃｍのＳＡＲアンテナ３２１を形成している、さらなる拡張部である。３つのセル型はすべて、打ち上げ用に出荷する前の６Ｕ衛星ディスペンサを示す写真３３０に示されているようなディスペンサに梱包することができる。
【００２３】
代替的なセルタイプが示されている図４においては、セルは、その一部であるコンステレーションの能力を強化するために軌道上にある間に１型と２型との間で変化し得る。衛星４００は、１型セルの構成を得るために、そのウィングパネル４１１および４１２をシャーシ４１０から拡張することによって、フェーズ４０１に移行する。ウィングパネルは、一方側にエネルギ用のソーラーパネルを含み、反対側に天底指向性アンテナを含み得る。次いで、衛星は、移行フェーズ４０２に示されるように、ウィングパネルを衛星本体の側面の周りで旋回させることによって、フェーズ４０１からフェーズ４０３に移行することができる。フェーズ４０３では、衛星は２型構成である。衛星はまた、軌道上にある間に、ウィングパネルを衛星本体の側面の周りで旋回し戻すことによって、後に１型セルに戻ることができる。
【００２４】
デバイス上のアンテナは、軌道の方向に対して天底から外れた方向の任意の一方向への１次元ビームステアリングを含むビームステアリングで、または軌道の方向に対して任意の方向への完全な２次元ビームステアリングで、動作するように構成することができる。アンテナ３２１は、コンステレーション内の衛星がどのようにビームステアリングで動作するように構成され得るかを示すために、下から見た図３４０に示されている。１次元ビームステアリングは、パネル３４３に対してパネル３４１とパネル３４２との間に可変遅延τが導入された差によって達成することができる。１次元ビームステアリングは、矢印３４４によって示される方向となるだろう。次いで、衛星が軌道の方向に対して任意の方向に配向され、これにより、軌道の方向に対してさまざまな角度でのビームステアリングが可能となり得る。各パネルはまた、ほぼ円形の個々のビームを与えるように組合わされた４つの１０ｃｍ×１０ｃｍパッチアンテナに分割されてもよい。アンテナ３２１は、選択可能な遅延で８つの外側パネルを構成することによって、２次元ステアリングのために構成され得る。結果として、アンテナは、ビームを任意の方位角で最大４５°までのオフナディア角で方向付けることができる。相対的な遅延が課されない場合、アンテナ３２１の固有のビームは本質的に円形のままであるだろう。
【００２５】
複数のターゲットへの同報通信および複数のターゲットからの受信のためのビームステアリングは、多くの方法で行なうことができる。任意のこのようなアプローチは、コンステレーションが、高度な２次元スキャタロメトリおよび高度測量を実行することを可能にするだろう。１つのアプローチでは、ビームは、所望の観測のために特定のスポットを指し示す一方で他の残りを除外するように、同報通信および受信の両方のために予め選択されて形成される。特に受信に適用可能な別のアプローチでは、アンテナの各パネルは、各パネルが受信したものを別々にサンプリングおよび格納することができる独立したコレクタとして動作し得る。さらに、さまざまなパネルからの複数のデータストリームは、後で全アンテナ利得を複数のターゲットに方向付けるように任意の方法で再結合され得る。別のアプローチでは、広いカバレージを与えるためにアンテナ内の複数パネルのうちの１つのパネルからの比較的高い電力で送信を行い得る一方で、受信は複数のペイン（panes）で行なわれた。図３に示されるようなアンテナであるとすると、観測パターンは、ナディアで狭い円錐をなす全利得受信ビームを取り囲む、より広い円錐をなす送信信号カバレージを含むだろう。狭い受信ビームは、次いで、すべてのパネルから受信した信号が解析のためにストレージに保存されている限り、その後、任意の数の任意のポイントに方向転換され得る。
【００２６】
サウンディング信号は、所与のコンステレーションの特定の構成や、周波数、構造および強度に関して実施され得る観測のタイプのために最適化することができる。前述したように、コンステレーションがそれ自体のサウンディング信号を生成するという事実は、他の送信元からの反射を受動的に観測するシステムに勝る利点として、このレベルの柔軟性をシステムに与える。サウンディング信号はさまざまな周波数であり得る。所与のコンステレーションはまた、複数の可変周波数または或る可変周波数でサウンディング信号を生成するように設計されてもよい。サウンディング信号は、１３．６ＧＨｚおよび５ＧＨｚに基づき得るとともに、１．２ＧＨｚ〜１．６ＧＨｚまたはＬ帯域信号などの５ＧＨｚ未満のより低い帯域を有し得る。１．２ＧＨｚ〜１．６ＧＨｚの帯域の場合、コンステレーションは、コンステレーション自体によって生成されるサウンディング信号を受信するだけでなく、さらに多くのデータを得るために反射させたＧＮＳＳ信号を受信および取得するように準備され得る。自己生成信号が好ましいが、コンステレーションが、反射した無線信号の広く利用可能な他の送信元によって生成される周波数で信号を受信するように既に設計されている場合、それらの信号をコンステレーションによって観測し、自己生成信号と結合して、付加的なデータを生成することもできる。
【００２７】
個々の衛星についての上記規格のさまざまな組合わせを適用することで、コンステレーションについての多数の利益がもたらされ得る。特定のアプローチでは、０型衛星および／または２型衛星は、さまざまなタイプのリターンがそれぞれの周波数に基づいて識別され得る場合に、トラックにわたるリターンおよびトラックに沿ったリターンの両方を受信するために、ビームステアリングと、２つの周波数で送信する能力とで構成されてもよい。これらのアンテナは、この目的のために、ステアリングなしに幅広ビーム軸に沿って最大＋／−４５°まで、および、１Ｄ電子ビームステアリングで狭幅ビーム軸に沿って＋／−４５°まで、の２つの周波数で動作するように設計されてもよい。この例では、衛星は、それらの長軸が軌道方向に沿って配向されている。
【００２８】
衛星に関するコンステレーションの構成は、従来のアプローチに勝る高度な性能を実現しつつも大幅に変えることができる。３つの０型セルは、絶対高度測量、ＳＡＲ画像、広観測幅ＩｎＳＡＲ、およびスキャタロメトリをもたらすことができるが、それは、絶対高度測量に関するナディアリターンと共にＩｎＳＡＲ表面トポグラフィ測定のための２つのＳＡＲを提供し得るからである。しかしながら、２つの０型セルでも、絶対高度を得るために、どちらのセルも場合によってはナディア高度測量モードに切替わった状態で、広観測幅ＩｎＳＡＲモードで動作させることができる。実際に、ＳＡＲオフナディア角が大きすぎなければ（たとえば、２０°未満であれば）、ナディア高度測量は、ＳＡＲ動作と同時に、レンジゲーティングされたリターンで実行され得る。しかしながら、個々の衛星に別個の観測を順々に行わせる必要性が低い一方で観測を導出する基となるデータが多いので、衛星の数が増加するのに応じてコンステレーションの性能および能力が劇的に高まり得る。上述したように、相互可視性が十分であれば、コンステレーションは、単一パルスのサウンディング信号を用いて、同時に等間隔トラックについてｎ２の独立した測定をもたらすことができる。さらに、各衛星も画像面外の多くの点から対応するリターンを収集できることに留意すると、測定合計は膨大なものになる。
【００２９】
各衛星がステップ２０１〜２０３で散乱信号を送信および受信する方法、およびステップ２０４を実行する方法は、広範なスペクトル結果を生成することができる。また、上述のステップは、コンステレーションに関してさまざまな種類の測定を獲得するために、または所望の測定を最適化するために、順序を連続的に変えつつ実行することもできる。加えて、衛星は、広範に分散された地上点のセットを同時にサウンディングしながら、複数の視点、方向、または視角から同時に同じ位置からデータを捕捉するように構成することができる。このような構成の例を、図６および図８の軌道図ならびに関連する記載を参照しながら以下において提供する。したがって、データ解析およびコンステレーション全体での分業により、多くの観測機能が常に利用可能となるだろう。ビームステアリングが適用される場合、このビームステアリングは、意図される用途を損なうことなく、すべての機能について、有効な観測連続性または所望のリフレッシュレートを維持するために迅速に行なうことができ、専用システムで可能になるよりもはるかに効率的に衛星が用いられることとなる。コンステレーションアーキテクチャは、さまざまな地球観測ミッションのために効率的な同時観測および時分割観測を導入する。
【００３０】
コンステレーションは、標準的なアプローチを用いて高度測量測定を実行することができるが、付加的なデータを生成することにより従来のアプローチの性能を高めることもできる。絶対高度測量は、モノスタティックリターンの信号遅延測定により、または相手方衛星の位置データと組合わされたバイスタティックリターンおよびマルチスタティックリターンにより測定することができる。相対的な高度測量測定は、バイスタティックリターンおよびマルチスタティックリターンを用いて行なうことができる。
【００３１】
スキャタロメトリは、複数の角度から信号振幅劣化を解析することによって測定することができる。信号振幅劣化を解析するために用いられるサウンディングペアは、それらの振幅が考慮されるのと同時に遅延について解析され得るので、相対的な高度測量およびスキャタロメトリ情報が単一の観測システムから生じ得る。特に、信号がＰＮ符号変調されるアプローチでは、容易に入手可能なＰＮ符号信号アナライザは、単一ペアのサウンディング信号から振幅劣化および遅延を自動的に抽出することができる。たとえば、風速は、サウンディングペアにおけるリターン信号の絶対振幅から判定することができ、風の方向は、リターン信号の方位角での絶対振幅の変化を解析することで得ることができる。スキャタロメトリはまた、天底から外れた方向の送信信号からのモノスタティックリターンを観測することによっても行なうことができる。モノスタティックスキャタロメトリは、地球表面で斜めに直接的に伝送される信号の後方散乱を観測する。大部分のエネルギが前方または他の方向に散乱するので、リターンは比較的弱くなる。比較すると、マルチスタティックの場合、リターン信号の強度およびデータの品質が大幅に改善される。したがって、マルチスタティックサウンディングを用いることにより、正確なスキャタロメトリを行なうためのコンステレーションの容量が大幅に改善される。
【００３２】
ＳＡＲ測定は、衛星からのビームを、軌道の方向に対して横方向に、天底から外れた方向に方向付けることによって行なうことができる。オフナディア角は、１０°〜４５°のいずれかであり得る。さらに、横方向のＳＡＲ観測幅は一連の遅延ウィンドウを用いることによってリターンの範囲をゲーティングすることによって観測されてもよい。ＳＡＲ測定では、各リターン信号を別個の測定として扱うのではなく、一連のリターン信号を捕捉してコヒーレントに結合することにより、衛星の動きによって追跡されるより大きなアパーチャを合成する。特定のアプローチでは、コヒーレントに結合されたデータは、ＩｎＳＡＲ導出をもたらすために、コヒーレントに結合されたデータの別のセットと並行して解析され得る。コンステレーションの処理およびデータ格納能力は、ＳＡＲおよびＩｎＳＡＲのアプローチをサポートするために増大させる必要があるかもしれないが、基礎となるハードウェアは、高度測量またはスキャタロメトリを行なうだけのアプローチから広範囲に修正される必要はないだろう。
【００３３】
コンステレーション内の衛星の相対的位置は、ミッショの経過中、ミッションの設定された成分であってもよく、または可変であってもよい。間隔の設定および調整は、コンステレーションの軌道の方向に対して行なうことができる。複数の衛星は、それらの主アンテナを地球の方に向けた状態で３軸を安定させたままで、飛行中にシフトされ得る。代替的には、個々の衛星の前後軸は、それぞれの衛星を２軸安定させたままで、コンステレーションの軌道の方向に対して相対的に回転させることもできる。この例は、上述の記載においては、２型衛星の長軸が軌道の方向に対して可変し得るものとして説明されている。横方向の間隔はまた、制約として用いられる反射の角度および水平方向の観測分解能で選択され得る。一例として、コンステレーションの間隔および構成は、コンステレーションの軌道の中心軸から最も遠い衛星に対して、４５°の最大オフナディア視角を有するように設定されてもよい。コンステレーションについての最大視角は、前方散乱信号のより強い反射間のトレードオフに影響を及ぼし得るが、高度測量の精度の低下はわずかとなるだろう。一般に、コンステレーションは、コンステレーションのアンテナのビームステアリング能力の物理的特性によって設定される完全な相互可視性および最大視角を有するように設計することができる。
【００３４】
任意のセル配置で表面分解能を最大限にするために、不均一な横方向間隔も適用することができる。上述したように、ｎが衛星の数に等しい場合、コンステレーションは、任意の配置でｎ２の鏡面反射を観測することができる。しかしながら、均一な横方向間隔は、２ｎ−１の明確な反射点のみをもたらす。このことは、不均一な側方衛星間隔によって実質的に改善させることができる。しかしながら、地球観測科学者は、現行の衛星ベースの高度計の反復トラックからの規則的な表面サンプリングに慣れているため、反射点のセットを均一な間隔で生成することも望ましい。ここで、ｎ個の衛星があるとすると、すべてのトラックを均等な間隔で配置したままで最も密な地上トラック間隔を提供するのはどのような分散であるかという疑問が生じる。ここで、ｎが２の累乗であれば、その解は特に効率的である。この場合、効率は、コンステレーション内の衛星の数に対する別個の反射点についての観測トラックの比として定義される。
【００３５】
図５は、上述の疑問に対する解についての３つの後方透視軌道図を示し、ここで、ｎは、平面地球モデルを用いて導出されている４個の衛星（５００）、８個の衛星（５１０）、および１６個の衛星（５２０）に等しい。軌道図５１５は８衛星の場合の上面図であって、衛星によって占有される軌道トラックは矩形５１６で印付けされており、反射点が生成されるが物理的な衛星は不要である軌道トラックは円５１７で印付けされている。分解図において、円形のドット５０１は衛星トラックであり、下方のドット５０２は反射点トラックである。上方の数字は別個の反射点をカウントするとともに、下方の数字は、完全な相互可視性があると想定して、各点において独立した反射がどれくらい生じるかを示している。８個の衛星の場合（５１０）、２７の等間隔のトラック（効率：３．３８）となる。１６個の衛星の場合（５２０）、８１のトラック（効率：５．０６）となる。さらに、衛星の横方向間隔は、最適化の制約を緩和するとともに効率をさらにより高めるであろう均一なトラック間隔が所与の用途のために不要である場合、シフトされ得る。コンステレーションの横方向間隔はまた、コンステレーションの観測ニーズが所与のミッション中に変化する場合、飛行中に調整され得る。
【００３６】
衛星は、軌道の方向に対して垂直な直線に沿って、または軌道の方向に対して別の角度で、設定することができる。このような構成は、均一な軸方向間隔を有するものとして説明され得る。０型衛星の長円形アンテナは、この並列配置に十分に適した本質的に楕円形のビームを提供する。軌道図５１５は、０型衛星または２型衛星が軌道の方向に対して如何に方向付けられ得るかを示すために、衛星を矩形５１６として示している。長いセル軸が図示のとおり軌道方向に沿っている場合、ビームは隣接する衛星に向って両側に扇形に拡がっている。最も強いバイスタティックリターンをトラックにわたって両方向に得ることができる一方で、特定のアプローチでは、各衛星は、コンステレーションの横軸からいくらかの距離を空けて、トラックに沿ってモノスタティックリターンとバイスタティックリターンとの両方を得ることができる。横軸がどれだけ離れているかを観測できるのは、アンテナ特性に、ならびに／または、物理的な動きおよび／もしくは遅延誘導ビームステアリングなどによってアンテナが如何に動作するかに、左右される。
【００３７】
本明細書中に開示されるアプローチのいくつかに従ったコンステレーションによって与えられる冗長性の別の利点は、冗長な反射を破棄することによって、オフナディア角を制限することができる点である。たとえば、軌道図５２０および１１ｋｍの赤道における観測トラック間隔に応じた東西線形アレイでは、起こり得るすべての反射を捕捉するには、２つの最外側セルが＋／−４１°の天底から外れた方向で送信および受信を実行することが必要になるだろう。しかしながら、冗長な反射は、最も幅広のペアの除外を可能にするとともに、依然として、８１のトラックすべてに関する適切な情報を提供する。したがって、すべてのセルについてのオフナディア角を＋／−３１°に制限することによって、適切な観測を達成することができる。同様の最適化は、同様の特徴を有する他のコンステレーションにも適用することができる。
【００３８】
衛星はまた、不均一な軸方向間隔を有していてもよい。衛星はまた、これらの構成間でシフトするために飛行中に軸方向にシフトされ得る。軌道図６００は、軸方向間隔が不均一な８衛星コンステレーションの上面図であって、衛星によって占有される軌道トラックは正方形６０１で印付けされており、反射点が生成されるが物理的な衛星は必要とされない軌道トラックは円６０２で印付けされている。特に、反射点が生成されるトラックに沿った特定点は円で印付けされている。図６１０は、地球周囲の軌道に沿って周回する際の軌道図に従ったそのコンステレーションの飛行パターンを示す。図示される衛星は、ビームステアリングを用いる正方形のアンテナアレイを備えた１型衛星である。
【００３９】
反射点６０２などの反射点を生成するために軸方向間隔が選択されているコンステレーションにはいくつかの利点が生じる。反射点６０２が対象となっている理由は、複数ペアのサウンディング信号が複数の視点からその点に当たるからである。図示のとおり、８つの異なるサウンディング信号が反射点６０２に衝突し得るとともに、４つの異なる視点および８つの異なる方向から８つの前方散乱信号を生成し得る。この結果は、スキャタロメトリのための非常に有用な情報である。さらに、ビームステアリングでは、軸方向間隔が変化したにもかかわらず、トラックにわたるサウンディングはすべて機能的なまま維持することができる。図示のとおり、等間隔のトラック上に２次元パターンで分布される２７個の別個の反射点が存在する。これは、２７個のすべてのトラック上での高度測量を減衰させることなく、複数点での表面風速および方向の瞬間的な回復を可能にする。
【００４０】
図７は、同じ視角からの複数の前方散乱信号が、スキャタロメトリ解析および関連する地球観測の導出のために有用な情報を提供し得る方法を示す。図７は、後方から見た衛星のコンステレーションの図７００を含む。図に示すように、衛星は、均一な横方向間隔で配置された軌道トラックを有することが分かる。しかしながら、コンステレーションは、図６を参照して説明したコンステレーションのように、不均一な軸方向間隔を有してもよい。したがって、所与の反射点に衝突する衛星のコンステレーションからのサウンディング信号は、コンステレーション、またはサウンディング信号を所与の反射点に送信しているコンステレーションの部分、の横方向間隔によって設定される開口角度で円錐７０５の表面を形成するものとして概念化することができる。したがって、衛星はすべて、反射点に対して同じ視角を有しており、すべての方向における主な前方散乱信号の反射は、その円錐の開口角度によって設定されることになるだろう。設定された視角では、観測される表面の特徴を、受信したサウンディング信号の振幅の変化に対する方向の影響から導出することができる。
【００４１】
図７１０に見られるように、スキャタロメトリは、所与の点における海面の状態を判定するとともに、そのスキャタロメトリ観測に基づく複合観測として風速を導出するために、用いることができる。海面上の波面上での反射点頂部に衝突するサウンディング信号７１１は、波面に対して垂直に反射点に衝突するサウンディング信号７１２と比べて異なった態様で減衰されることとなる。多くの方向からのリターンを解析することで、観測の精度を増大させて、最終的に反射点の表面積の記述を完全かつ正確に表現する。衛星の軸方向間隔を調整することにより、図８に見られるように、完全な３６０°の観測を行なうことができる。
【００４２】
図８は、コンステレーション内の衛星が８０１などの中実のドットによって示されている第１の軌道図８００を含む。衛星は、横方向の間隔は不均一であるものの、均等に間隔をあけた反射点を１セット提供している。衛星はまた、軸方向間隔が不均一である。特に、衛星は、すべてが、衛星の各々に対する単一の共通の反射点として機能し得る共通の観測点８０２から等距離に位置するように、軌道の方向に沿って配置されている。さらに、衛星はすべて、共有の反射点を中心として円８０３の表面上に位置している。ビームステアリングを用いることによって点８０２の方向を複数回観測することに加えて、図示されたすべての観測トラックが維持され得る。
【００４３】
軌道図８００と同様の軌道図は、任意の方位角で最大±４５°までのオフナディア角のビームステアリングで１型セルを用いて実現され得る。したがって、コンステレーションがサウンディング信号のセットを送信するとき、コンステレーション内の各衛星は、単一の共通の反射点に対する視角をコンステレーション内のすべての衛星と共有するが、反射点は、コンステレーション内の衛星の数に等しい数の方向「ｎ」から生成される前方散乱信号によって観測される。軌道図８００に示される１６セルコンステレーションは、中心点からの１６個の固有の反射と、８１個の平行で等間隔のトラックとをもたらす。これは、同じ点がほぼ３６０°から観測されるので、スキャタロメトリ判定のために極めて有益な情報を提供する。方位角が広範囲に分散していることで、共通の反射点における風速および方向などの地球観測を瞬時に判定するのに十分過ぎる情報が提供される。
【００４４】
不均一な軸方向間隔の間隔は、共通反射点の位置を変更するために飛行中にシフトされ得る。軸方向間隔をシフトさせた後、前方散乱信号の第２のセットをこの第２の共通の反射点から反射させることができる。共通の反射点がコンステレーションの中心から離れるように横方向にシフトすると、共有点から等距離に位置するように構成され得る衛星の数が減少し始める。しかしながら、単一点の共通視角を有する複数の衛星によって生成される十分な数の前方散乱信号を、一般に、コンステレーションの横方向の範囲のうちかなりの部分にわたって得ることができ、この場合、コンステレーションは８個を超える衛星を有している。
【００４５】
コンステレーションの軸方向間隔はまた、複数のサウンディングが反映される共有の視角を変化させるようにシフトされ得る。このプロセスは、所望の視角を選択すること、２つのセル間に必要な間隔を計算して、バイスタティック反射のための角度を実現すること、対象となる位置（または緯度）を中心とする直径の円を描くこと、軌道トラックの多くが円内に位置するように衛星を横方向に間隔をあけて配置すること、および、衛星の位置をトラックに沿って軸方向にスライドさせて、十分な数の衛星を円上に配置すること、を含む。衛星の横方向の間隔はまた、十分な軌道トラックが円内に位置することを確実にするために、ミッションの一部として設定され得るか、または飛行中に調節され得る。
【００４６】
コンステレーションの軸方向間隔はまた、複数のサウンディングが反映される複数の共有視角を得るようにシフトされ得る。軌道図８１０では、８１１などの衛星のサブセットは、共通の反射点８０２を中心とする別の円８１２を生成するように軸方向にシフトされており、１０個の衛星のサブセットが外側円８０３上にあり、６個の衛星が内側円８１１上にある。このため、コンステレーションがサウンディング信号を送信するとき、コンステレーション内の衛星の第１のサブセットは、第１の距離に従って反射点から等距離にあり、衛星のセット中の衛星の第２のサブセットは、第２の距離に従って反射点から等距離にある。視角のこのように分割されていても、各円上の方位角の混合は、両方の入射角で正確な風速および方向をもたらすのに十分であり、これらはより精細な推定となるように組合わされ得る。適切なビームステアリング、または同等のアプローチでは、８１のすべての観測トラック上の観測が保持される。実際には、軌道の動きは、特により高い緯度では、これらの軌道図の形状をいくらか歪ませることとなる。それにも関わらず、サウンディング信号の静的な２次元形状は、さまざまな角度および距離におけるさまざまな点および方向からのリターンが混合されるというシステムの利点を提供する。
【００４７】
これらの利点は、衛星の数に応じて向上される一方で、少なくとも４個の衛星のセットを利用して、同じ視角で４つの方位から同じ反射点をもつ２セットの前方散乱信号を生成し、これにより、高精度なスキャタロメトリを実行することができる。表面点を多くの入射方位角から、および両方向から一度に観測すると、特に風の方向を判定するように意図された表面感知の場合には、これを行なわないアプローチよりも優れた表面感知が得られる。さらに、完全に対称的な観測プラットフォームを用いることにより、地球表面に斜め方向付けられた信号の後方散乱リターンとは対照的に、強力なリターンを伴う前方散乱信号によって測定が獲得されることが確実となる。後方散乱リターンは、大部分のエネルギが前方または他の方向に散乱するので比較的弱くなる。他の衛星によって収集される前方散乱は、海面状態、海面高さ、および海面ベクトル風についての観測などの多くの情報を提供する。
【００４８】
上述したように、コンステレーションがそれら自体のサウンディング信号を生成するアプローチでは、それらのサウンディング信号の特徴は、それらの特定の目的のために最適化することができる。特に、サウンディング信号のパルス反復率は、電力引出しを最小限にするように管理することができる。コンステレーション内の所与の衛星はいずれも、適用されるサウンディングアプローチに応じて時間の２％未満を送信するだけでよい。１パルス当たりの散発的なパルス化と低電力要件との組合わせは、結果として、エネルギ効率が高いシステムをもたらす。サウンディング信号パルス化のためのアプローチは、同時実行式のナディアパルス化、明滅式のナディアパルス化、同時実行式のナディアおよびオフナディアパルス化、ならびに明滅式のナディアおよび同時実行式のオフナディアパルス化を含む。
【００４９】
ＬＥＯコンステレーションを横方向にトラックにわたって整列させて、同時実行式のナディアパルス化を行う場合、すべての衛星がともにナディアで送信を行なっており、この場合、パルス持続時間は数ミリ秒であり得るとともにパルス間の間隔は１００ミリ秒を超える。次いで、各セルは、ナディアでの反射および横方向の反射を収集する。このアプローチでは、トラックに沿ったスキャタロメトリの見込みは最小となるように見える。しかしながら、これは、以下で説明するように、遅延ドップラーフィルタリング（delay-Doppler filtering：ＤＤＦ）を用いて、ある程度まで行なうことができる。
【００５０】
コンステレーションはまた、明滅式のナディアパルス化を実行してもよく、この場合、各衛星がナディアで１回につき１つずつ順々に送信する。軌道図５２０の構成を有するとともに各パルスごとに９ミリ秒のリターンを可能にするＬＥＯコンステレーションでは、１ｋｍ高度測量の分解能がトラックに沿って実現され得るとともに、トラックに沿ったスキャタロメトリがＤＤＦによって実現され得る。このアプローチの重要な利点は、複数のセルからの同時反射を識別する必要がないことである。
【００５１】
コンステレーションはまた、同時実行式のナディアおよびオフナディアパルス化を行なってもよい。コンステレーション内の衛星は、トラックに沿ったビームステアリングのために構成され得る。このアプローチでは、すべてのセルは、最初にナディアで、次いで前方に天底から外れた特定の角度で、さらに、同じ後方に外れた角度で、送信してもよい。その順序は、場合によっては、対象となるさまざまな反射点に対するさまざまなオフナディア角で繰返されてもよい。これは、本質的に強力なトラック間観測を補完するための高品質でトラックに沿ったスキャタロメトリを可能にするだろう。
【００５２】
ＤＤＦ観測は、サウンディング信号の所与のセットからより多くの情報を得ることによって、電力を維持ながらコンステレーションの測定能力を著しく向上させることができる。このアプローチは、サウンディング信号の時間遅延をゲーティングすることと、サウンディング信号の周波数シフトをゲーティングすることとを含み得る。コンステレーション内の各衛星はまた、前方散乱信号の周波数シフトをゲーティングするための電気的なアナログフィルタまたはデジタルフィルタを含んでもよい。フィルタリングは、前方散乱信号を生成したサウンディング信号が送信された周波数についての事前知識に基づいて行なうことができる。たとえば、コンステレーションが１３ＧＨｚでサウンディング信号を生成するように構成されている場合、フィルタリングは、１３ＧＨｚの周波数を中心とする可変バンドパスフィルタを含み得る。時間シフトおよび周波数シフトの両方をゲーティングすることにより、広い領域内の特定の反射点を選択し、コンステレーションによって観測することができる。
【００５３】
図９は、２つの衛星９０１および９０２を前後方向に接続する線を測定するためにＤＤＦを行なうこれら２つの衛星９０１および９０２の上面図９００を示す。２つの衛星だけが示されているが、その原理は任意の数の衛星にも拡張され得る。図において、２つの衛星は軌道方向９０３に移動しており、軸９０４に沿って横方向に離間している。これらの衛星は、２つの衛星を接続する線に対して垂直な方向に進んでいるように示されているが、同様の原理を、それらの接続線とは異なる角度の軌道方向に進む衛星にも適用することができる。図９００のパターンは、一連の同心楕円と、その軸からいずれかの方向に延在する軸９０４を中心とする一組の双曲線とで構成される。同心楕円は、レンジゲーティングを用いて１つの衛星または他の衛星によって隔離され得る反射点を定義する。それらは、軌道の方向に対して横方向に細長い。中心点は、衛星間の中間にある鏡面反射点でのレンジゲーティングに対応しており、レンジゲーティングの遅延は楕円の長軸と共に増加する。双曲線は、周波数シフトゲーティングを用いて分離することができる反射点を規定する。観測されるドップラーシフトは、単に、各衛星から選択された反射点までの一方向ドップラーシフトの和であり、したがって、鏡面反射点ではゼロである。周波数とレンジゲーティング反射点（９０５など）との組合わせを用いることにより、ビームステアリングなしに、図示された信号を用いて分離および観測を行うことができる。結果として、マルチ相関器のＤＤＦ法は、中間点の経路に沿って前方および後方に位置する多くの点を同時に観測することを可能にして、コンステレーションのために利用可能な観測範囲を増大させる。
【００５４】
ＤＤＦはまた、不均一な軸方向間隔を有するとともに実際に同じ軌道トラックに沿って移動する衛星コンステレーションとともに動作するであろう衛星によって実行され得る。同じ軌道トラック内の２つの衛星の場合の対応するパターンは、楕円が軌道方向に細長いことを除いては、図９００と同様であるだろう。観測されるドップラーシフトは、各衛星から選択された反射点までの一方向ドップラーシフトの合計であり、したがって、均一な軸方向間隔の場合と同様に中間点でゼロになるだろう。６００ｋｍから６ｃｍの波長を送信する１ｍのナディアアンテナを有する複数の衛星のコンステレーションの場合、衛星は、約７．５５ｋＨｚの前方および後方への往復ドップラーシフトで、約１．７°の天底から外れた方向を視認できるだけであるだろう。６００ｋｍでのバイスタティックペアが単一の軌道トラックに沿って３°だけ分離されている場合、中間点から前方および後方に１．７°のドップラーシフトが観測される（各セルから観測される）が、これは上述とほぼ同じであり、７．３５ｋＨｚとなる。
【００５５】
本明細書を本発明の具体的な実施形態に関連付けて詳細に説明してきたが、当業者であれば、上述の記載を理解すれば、これらの実施形態に対する変更例、変形例および同等例を容易に想起し得ることが理解されるであろう。上述の方法ステップはいずれも、それらの方法ステップの命令を格納するコンピュータ読取り可能な非一時的媒体で動作するプロセッサによって実行することができる。コンピュータ読取り可能媒体は、単一の衛星内のメモリであってもよく、衛星のコンステレーションにわたって分散されていてもよく、または衛星にアクセス可能なネットワークであってもよい。上述したように、処理は衛星によって分散形式で実行することができ、地上のコンピューティングシステムを用いて実行することができる。処理は、リアルタイムで、または任意のこのようなシステムによるバッチ処理を用いて実行することができる。本開示における例は、概して、観測のために地球に向けて信号を送信するよう意図されていたが、衛星をその軌道に維持するように十分な重力を有する任意の質量に関する測定を得るために、同様のシステムおよび方法が適用されてもよい。本発明に対するこれらおよび他の変更例および変形例は、添付の特許請求の範囲においてより具体的に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって実施され得る。
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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