(57)【要約】【課題】空間レーザ通信を行う通信局が、ＱＤ受光器を用いて相手局を精追尾する捕捉追尾装置を備える場合、相手局からのレーザビームの受信強度が低下しても、ＱＤ受光器の出力の和信号がゼロクロスとなる事を防ぎ、適正な捕捉追尾を可能とする。【解決手段】捕捉追尾装置の精追尾制御手段１７に、ＱＤ受光器１６の第１〜第４受光素子１６ａ〜１６ｄの各出力信号ａ〜ｄに夫々対応させて第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄを設け、受光強度低下に伴って出力信号ａ〜ｄの和信号Σが帯域制限開始レベルに達すると、第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄをスルー状態からＬＰＦ２６を通す帯域制限状態（高周波の雑音成分を出力信号ａ〜ｄからカットする状態）に変換させ、受光強度が上昇して和信号Σが帯域制限解除レベルに達すると、第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄを帯域制限状態からスルー状態に変換させる制御をレベル判別器２４が行う。【選択図】図２
2005065131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間レーザ通信を行う通信相手局からのレーザビームを受信し、この受信レーザビームに基づいて指向方向を粗く調整する粗追尾制御手段と、
受信レーザビームを４象限受光器で受け、４象限受光器の各受光素子からの出力信号を用いて受光スポットの中心からのズレの指標となる差分信号を取得し、この差分信号に基づいて指向方向を精細に調整する精追尾制御手段と、
を備える空間レーザ通信用捕捉追尾装置において、
上記精追尾制御手段は、
４象限受光器の受光素子からの信号をそのまま通過させるスルー状態と、４象限受光器の受光素子からの信号を低周波の帯域通過フィルタへ通す帯域制限状態と、に切り替え可能な帯域制限手段と、
上記帯域制限手段を通過した各受光素子からの信号の総和である和信号の信号レベルが低下して、予め定めた帯域制限開始レベルに達することで、上記帯域制限手段をスルー状態から帯域制限状態に変換させ、帯域制限開始レベルよりも低かった和信号の信号レベルが上昇して、予め定めた帯域制限解除レベルに達することで、上記帯域制限手段を帯域制限状態からスルー状態に変換させる帯域制限制御手段と、
を備える空間レーザ通信用捕捉追尾装置。
【請求項２】
上記帯域制限手段は、時定数の異なる２以上の帯域通過フィルタを備えるものとし、
上記帯域制限制御手段は、和信号の信号レベルの低下に応じて、時定数の短いものから時定数の長いものへ順次切り替え、和信号の信号レベルの上昇に応じて、時定数の長いものから短いものへ順次切り替えてスルー状態へ戻すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の空間レーザ通信用捕捉追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体間もしくは移動体と固定体間で行う空間光通信で相手局を捕捉追尾する空間レーザ通信用捕捉追尾装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ通信を行う２局間で、互いに相手を捕捉・追尾するために空間レーザ通信用捕捉追尾装置が用いられている。この空間レーザ通信用捕捉追尾装置には、相手局からのレーザビームにより送受信用望遠鏡の向きを制御するための粗追尾制御手段と、４象限受光器（受光面を４つに分割した形状となる４つの受光素子で構成された受光器）で相手局からのレーザビームを受けて、その受光スポットが中心になるよう受光位置を調整制御するための精追尾制御手段と、を備えるものがある。
【０００３】
上記のような４象限受光器で精追尾を行う捕捉追尾装置においては、受光強度が著しく減衰した場合に、４素子からのプリアンプ出力に含まれるランダムな雑音（熱雑音やショット雑音）によって、４素子の和信号がゼロクロス（正から負や、負から正に変化する）する現象が起きてしまう。和信号は後段の除算器の分母に入力され、差分値は除算器の分子に入力されているため、除算器からの出力が、除算器の正負の制限値まで交互に振りきれる異常な値となる現象が発生していた。なお、現在のところ光通信に用いるレーザ素子の発光強度が限定されているため、受光強度の減衰を回避するために大出力のレーザビームを通信に利用することは出来ない。
【０００４】
４象限受光器からの出力を演算して受光スポット位置を求める方法として、除算器を用いて位置変化を正規化する方法は従来から一般的に行われており、光スポット位置検出部が備える除算器に、受光強度変動への対応機能を持たせた従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この特許文献１に記載されている方法では、受光強度が低下した場合に、誤差が大きくなる問題が不可避であった。
【０００５】
また、受光強度の低下時に生じてしまう上記のような異常現象を回避する方法として、追尾用の光センサへの入射光が減衰して、雑音の影響が顕著となって、予め定めた閾値を越えたときには、精追尾のためのミラー調整動作を停止して可動ミラーを固定し、その後に入射光が強くなって雑音の影響が軽減されて閾値以下となったときには、可動ミラーを停止したその位置から自動追尾動作を再開する従来技術がある（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この特許文献２に記載されている方法では、精追尾のためのミラー調整動作を停止して可動ミラーを固定した後には、制御が行われないために、姿勢変動の外乱が直接に指向誤差となり、通信相手をロストしてしまう可能性もある。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１９０５４９号公報
【特許文献２】特開２００１−３３３０１７号公報
【０００７】
すなわち、これらの方法では、受信信号の減衰時における指向誤差の低減に自ずと限界があり、信頼性の高い捕捉追尾を実現できないのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、レーザビームの受光強度が低下して、雑音の影響が大きくなっても、４素子の和信号がゼロクロスとなる現象が生ずる事を無くし、適正な捕捉追尾が可能な空間レーザ通信用捕捉追尾装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、空間レーザ通信を行う通信相手局からのレーザビームを受信し、この受信レーザビームに基づいて指向方向を粗く調整する粗追尾制御手段と、受信レーザビームを４象限受光器で受け、４象限受光器の各受光素子からの出力信号を用いて受光スポットの中心からのズレの指標となる差分信号を取得し、この差分信号に基づいて指向方向を精細に調整する精追尾制御手段と、を備える空間レーザ通信用捕捉追尾装置において、上記精追尾制御手段は、４象限受光器の受光素子からの信号をそのまま通過させるスルー状態と、４象限受光器の受光素子からの信号を低周波の帯域通過フィルタへ通す帯域制限状態と、に切り替え可能な帯域制限手段と、上記帯域制限手段を通過した各受光素子からの信号の総和である和信号の信号レベルが低下して、予め定めた帯域制限開始レベルに達することで、上記帯域制限手段をスルー状態から帯域制限状態に変換させ、帯域制限開始レベルよりも低かった和信号の信号レベルが上昇して、予め定めた帯域制限解除レベルに達することで、上記帯域制限手段を帯域制限状態からスルー状態に変換させる帯域制限制御手段と、を備えるものとした。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の空間レーザ通信用捕捉追尾装置において、上記帯域制限手段は、時定数の異なる２以上の帯域通過フィルタを備えるものとし、上記帯域制限制御手段は、和信号の信号レベルの低下に応じて、時定数の短いものから時定数の長いものへ順次切り替え、和信号の信号レベルの上昇に応じて、時定数の長いものから短いものへ順次切り替えてスルー状態へ戻すようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る空間レーザ通信用捕捉追尾装置によれば、帯域制限手段と帯域制限制御手段を精追尾制御手段に設けたので、スルー状態で帯域制限手段を通過した各受光素子からの信号の総和である和信号の信号レベルが帯域制限開始レベルに達すると、帯域制限制御手段が帯域制限手段をスルー状態から帯域制限状態に変換させ、雑音成分である蓋然性の高い高周波成分をカットするので、和信号がゼロクロスすることを防止し、異常な差分信号が取得されることを抑制可能となる。これにより、受信したレーザビームの受光強度が低下した時にも、著しい指向誤差を生ずることなく、適正な捕捉追尾を継続することが出来る。
【００１２】
そして、帯域制限手段を帯域制限状態で捕捉追尾を継続している間に、帯域制限開始レベルよりも低かった和信号の信号レベルが上昇して帯域制限解除レベルに達すると、帯域制限制御手段が帯域制限手段を帯域制限状態からスルー状態に変換させるので、レーザビームの受光強度が適正な強度に戻ると、通常の捕捉追尾動作へ速やかに自動復帰させることが出来る。
【００１３】
このように、空間レーザ通信を行う双方の通信局で、本発明に係るレーザ通信用捕捉追尾装置を用いれば、受光したレーザビームが減衰した時の指向誤差を小さく抑えて、相手側での受光強度変動をも効果的に抑制できるので、安定したレーザリンクを保持できるという利点もある。
【００１４】
また、請求項２に係る空間レーザ通信用捕捉追尾装置によれば、時定数の異なる２以上の帯域通過フィルタを帯域制限手段に設けて、和信号の信号レベルの低下・上昇に応じて、帯域制限制御手段が時定数の異なる帯域通過フィルタを使い分けるものとしたので、和信号の信号レベルが比較的高いうちは帯域制限周波数を高く設定し、指向制御に用いる差分信号の信頼性を高くし、和信号の信号レベルが低くなるにつれて帯域制限周波数を低下させることで、平滑化による誤差要因を許容しつつも、雑音混入に起因する和信号のゼロクロスに基づいて異常な差分信号が取得されることを防止する。従って、受光強度低下時の帯域制限による誤差要因を更に抑制することが可能となり、より好適な捕捉追尾を実現し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、添付図面に基づいて、本発明に係る空間レーザ通信用捕捉追尾装置の実施形態を説明する。
【００１６】
図１に示すのは、空間レーザ通信を行う双方の通信局が備える空間光通信システムの概略構成である。この空間光通信システムは、第１実施形態に係る空間レーザ通信用の捕捉追尾装置１と、送信および受信兼用の望遠鏡２と、ジンバル機構３によって構成してある。
【００１７】
上記捕捉追尾装置１では、望遠鏡２により受信した通信相手局からのレーザビームを第１ビームスプリッタ１１にて一部を分離し、これをＣＣＤ受光器１２で受光し、このＣＣＤ受光器１２からの受光信号を受けた粗追尾制御手段１３がジンバル機構３を駆動させて、レーザビームの受光位置を調整する。すなわち、粗追尾制御手段１３が行うジンバル機構３の駆動制御によって、望遠鏡２の受光の向きを通信相手局へ大まかに合わせることが出来る。
【００１８】
上記第１ビームスプリッタ１１を透過したレーザビームは、例えば２枚の可動ミラーにより構成される光路微調整手段１４へ導かれ、この光路微調整手段１４を通った受信光は第２ビームスプリッタ１５を透過して４象限受光器であるＱＤ受光器１６の受光面に照射され、このＱＤ受光器１６からの出力信号を受けた精追尾制御手段１７が光路微調整手段１４の可動ミラーを作動させて、受光位置を高精度に調整する。
【００１９】
上記ＱＤ受光器１６は、受光面を４つに分割した形状となるような４つの受光素子（例えば、フォトダイオード）より構成されるもので、受光スポットが中心にあれば、４つの受光素子から各々等しい電流が得られ、受光スポットが中心から外れていれば、そのズレに応じた電流が各受光素子から得られる。従って、各受光素子から得た電流に基づいて受光スポットの位置のズレ方向を識別出来るのである。なお、標準的なＱＤ受光器１６は増幅作用を持たないので、例えば、素子自体がアバランシェ効果による電気的増幅機能を持った４分割アバランシェフォトダイオード（ＱＡＰＤ）を用いても良い。
【００２０】
なお、捕捉追尾装置１が備えるレーザ光源１８から照射された送信用のレーザビームは、上記第２ビームスプリッタ１５でその光路を光路微調整手段１４へ向けられ、第１ビームスプリッタ１１を透過して望遠鏡２から照射される。
【００２１】
人工衛星と地上局の間で空間光通信を行う際に生ずる受光強度変動の要因としては、大気揺らぎによる変動もあるが、主として相手側のレーザ通信機の指向誤差に起因する。この指向誤差が相手局に生じた時に受光強度が低下し、相手局で指向誤差が補正されるにつれて受光強度が回復する。このように、双方の通信局で互いに相手局を捕捉追尾する空間光通信においては、受光強度の変動は一般的に生ずるものである。そして、指向誤差は、衛星本体の姿勢変動を捕捉追尾装置によって補正した制御残差に相当し、相手側から送られてきた光の受光強度が減衰したときに、この指向誤差が増大する。捕捉追尾装置は、光通信機の姿勢変動に起因した受光スポットの位置変動を計測し、その値に基づいて姿勢変動を補正するために可動ミラーや駆動装置を制御するものである。粗追尾制御は角度分解能が大きな受光スポット検出を長い時間間隔で行うため、受光強度の短時間の低下には影響され難い。一方、精追尾制御において受光スポットの強度が低下したときの位置計測の精度、可動ミラー制御の精度を高めることが課題である。そこで、第１実施形態に係る捕捉追尾装置１の精追尾制御手段１７は、図２に示す構成とした。
【００２２】
図２に示す精追尾制御手段１７は、差分信号を取得するまでの概略構成のみを示し、取得した差分信号に基づいて光路微調整手段１４を制御する手法としては、公知既存のものを適用できるので、図示を省略した。
【００２３】
ＱＤ受光器１６を構成する４つのフォトダイオードである第１受光素子１６ａ，第２受光素子１６ｂ，第３受光素子１６ｃ，第４受光素子１６ｄから受光量（Ｗ）に比例した電流が各々出力され、これらをプリアンプ回路２０で電圧（Ｖ）に変換し、電位情報としての信号強度を得る。なお、本図に示すＱＤ受光器１６においては、第１受光素子１６ａと第４受光素子１６ｄの並び、第２受光素子１６ｂと第３受光素子１６ｃの並びが、夫々ｘ方向の配置となり、且つ、第１受光素子１６ａと第２受光素子１６ｂの並び、第３受光素子１６ｃと第４受光素子１６ｄの並びが、夫々ｙ方向の配置となるようにしてある。
【００２４】
上記プリアンプ回路２０より出力される第１〜第４受光素子１６ａ〜１６ｄの受光信号は、第１帯域制限手段２１ａ，第２帯域制限手段２１ｂ，第３帯域制限手段２１ｃ，第４帯域制限手段２１ｄを各々介して加減算回路２２へ供給される。なお、第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄの詳細については後に詳述する。
【００２５】
上記加減算回路２２では、第１受光素子１６ａからの出力信号ａと、第２受光素子１６ｂからの出力信号ｂと、第３受光素子１６ｃからの出力信号ｃと、第４受光素子１６ｄからの出力信号ｄとを用いて、和信号Σ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ、ｘ方向の差分値Ｅｘ＝ａ＋ｂ−ｃ−ｄ、ｙ方向の差分値Ｅｙ＝ａ＋ｄ−ｃ−ｂを各々計算し、これらΣ，Ｅｘ，Ｅｙを除算器２３へ供給する。なお、和信号Σはレベル判別器２４にも供給するものとした。
【００２６】
上記除算器２３では、Ｅｘ／ΣとＥｙ／Σを計算して、ｘ方向のズレを示す差分信号（ゼロに近いほどズレがないことを示す信号）とｙ方向のズレを示す差分信号（ゼロに近いほどズレがないことを示す信号）を得る。斯くして、ＱＤ受光器１６に照射された受信レーザビームの受光スポットが、ＱＤ受光器１６の受光面の中心からズレている度合いを把握するための指標となる差分信号を取得できるのである。この差分信号の値に基づいて光路微調整手段１４の可動ミラーを動かし、ＱＤ受光器１６の中央に受光スポットが当たるように受信レーザビームの光路を微調整することで、精追尾制御手段１７による精追尾動作が実行される。
【００２７】
図３（ａ）は、加減算回路２２から得られる和信号Σが減衰し回復する場合のシミュレーション計算による波形図であり、信号レベルに顕著な微動が生じているのが分かる。これは、ＱＤ受光器１６を構成する受光素子やプリアンプ回路２０に含まれるランダムな雑音（熱雑音やショット雑音）が混入するためである。図３（ｂ）には、受光スポットの位置が正弦波状に変動する例について、ランダム雑音が無いときの理想的な差分信号（Ｅｘ／Σ、又は、Ｅｙ／Σ）を示した。受光強度が著しく減衰した場合に、ランダムな雑音の影響により、和信号Σ（Σ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄで、本来なら負になることはない信号）がゼロクロス（正から負や、負から正に変化する）する現象が起きる。ゼロクロス時には、除算器２３からの出力が、除算器２３の正負の制限値まで交互に振りきる異常な差分信号が発生していた（図３（ｃ）参照）。
【００２８】
そこで、本実施形態に係る捕捉追尾装置１の精追尾制御手段１７における第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄには、夫々切替手段２５と低周波成分が透過する帯域通過フィルタ（以下、ＬＰＦ）２６を設け、２接点切替式のスイッチを有する切替手段２５によって、プリアンプ回路２０からの信号をそのまま加減算回路２２へ送出するスルー状態と、プリアンプ回路２０からＬＰＦ２６を通して帯域制限した信号を加減算回路２２へ送出する帯域制限状態とを切り替えるものとした。
【００２９】
すなわち、本実施形態においては、切替手段２５とＬＰＦ２６とを備える第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄが「４象限受光器の受光素子からの信号をそのまま通過させるスルー状態と、４象限受光器の受光素子からの信号を低周波の帯域通過フィルタへ通す帯域制限状態と、に切り替え可能な帯域制限手段」として機能するのである。
【００３０】
更に、レベル判別器２４は、ＱＤ受光器１６に当たったビームスポットの強度が低下することに伴って、加減算回路２２からの和信号Σの信号レベルが規定値（予め定めた帯域制限開始レベル）まで低下したことを検出すると、第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄの各切替手段２５…に切替信号を送って、第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄを帯域制限状態に変更させ、高周波成分をカットされた出力信号ａ〜ｄが加減算回路２２へ供給されるようにする。
【００３１】
上記のように帯域制限が行われた後、ＱＤ受光器１６に当たったビームスポットの強度が上昇することに伴って、加減算回路２２からの和信号Σの信号レベルが規定値（予め定めた帯域制限解除レベル）に達したことを検出したレベル判別器２４は、第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄの各切替手段２５…に切替信号を送って、第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄをスルー状態に変更させ、プリアンプ回路２０からの出力信号ａ〜ｄがそのまま加減算回路２２へ供給されるようにする。
【００３２】
すなわち、本実施形態においては、第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄの切替手段２５の切替制御を行うレベル判別器２４が「帯域制限手段を通過した各受光素子からの信号の総和である和信号の信号レベルが低下して、予め定めた帯域制限開始レベルに達することで、上記帯域制限手段をスルー状態から帯域制限状態に変換させ、帯域制限開始レベルよりも低かった和信号の信号レベルが上昇して、予め定めた帯域制限解除レベルに達することで、帯域制限手段を帯域制限状態からスルー状態に変換させる帯域制限制御手段」として機能するのである。
【００３３】
図３（ｄ）に、上述した帯域制限制御方式を用いて、レベル判別器２４による切替制御を行った場合の和信号Σの波形を示す。例えば、和信号Σの信号レベルが帯域制限開始レベルである０．３〔Ｖ〕になったのをレベル判別器２４が判別して第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄの切替手段２５を切り替えることで、帯域制限された出力信号ａ〜ｄに基づいて和信号Σが計算されたのが、本図においては、概ね０．０４秒付近であり、その後の和信号Σは平滑化されているのが分かる。
【００３４】
その後、和信号Σの信号レベルが帯域制限解除レベルである０．４〔Ｖ〕になったのをレベル判別器２４が判別して第１〜第４帯域制限手段２１ａ〜２１ｄの切替手段２５を切り替えることで、帯域制限されない出力信号ａ〜ｄに基づいて和信号Σが計算されたのが、本図においては、概ね０．０７６秒付近であり、その後の和信号Σには、再び、雑音による微動が生じているのが分かる。
【００３５】
なお、帯域制限を開始させるためにレベル判別器２４が判別する帯域制限開始レベル（スルー状態から帯域制限状態へ切り替える閾値）よりも、帯域制限を終了させるためにレベル判別器２４が判別する帯域制限解除レベル（帯域制限状態からスルー状態へ切り替える閾値）を大きく設定したのは、チャタリング（接点の開閉が短時間の内に反復する現象）防止のためである。
【００３６】
図３（ｅ）に、ＬＰＦ２６への切り替えで帯域制限を施した出力信号ａ〜ｄにより取得した差分信号の波形を示す。これは、図３（ｂ）に示した理想的な差分信号に比べると多分に誤差を含んでおり、計測制度が低下していることは否めないものの、図３（ｃ）に示した従来方式（ゼロクロスした和信号により算出した差分信号の波形）のような異常状態は生じておらず、光路微調整手段１４の可動ミラー制御に支障のない差分信号を取得できたことが分かる。
【００３７】
帯域制限のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためにレベル判別器２４に判別させる規定値（帯域制限開始レベルおよび帯域制限解除レベル）は、回路構成に応じた雑音特性に基づいて適宜設定すれば良く、その設定手法は特に限定されるものではない。また、ＬＰＦ２６として用いる帯域通過／遮断特性も、回路構成に応じた雑音特性に基づいて適宜設定すれば良いが、ランダム雑音の振幅の分布は確率的に推定できるので、和信号のゼロクロスを避け、且つ、帯域制限による位置計測精度の低下を最小限とする周波数帯域制限を加え得る特性のフィルタを用いることが望ましい。
【００３８】
次に、帯域制限をかけつつも、上述した第１実施形態の捕捉追尾装置１に設けた精追尾制御手段１７よりも差分信号の誤差を抑制できる第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る捕捉追尾装置に設ける精追尾制御手段１７′の概略構成を図４に示す。なお、図２に示した精追尾制御手段１７と同様の構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３９】
精追尾制御手段１７′において、第１〜第４受光素子１６ａ〜１６ｄからプリアンプ回路２０を経て供給される出力信号ａ〜ｄは、夫々第１帯域制限手段３１ａ，第２帯域制限手段３１ｂ，第３帯域制限手段３１ｃ，第４帯域制限手段３１ｄに至る。これら第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄからの出力信号ａ〜ｄを受けた加減算回路から和信号Σを受けるレベル判別器３２は、和信号Σの信号レベルに応じて、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄを制御する。
【００４０】
これら第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄは、３接点切替式のスイッチを有する切替手段３３によって、プリアンプ回路２０からの信号をそのまま加減算回路２２へ送出するスルー状態と、プリアンプ回路２０から初段低周波通過フィルタ（以下、初段ＬＰＦ）３４ａを通して帯域制限した信号を加減算回路２２へ送出する初段帯域制限状態と、プリアンプ回路２０から次段低周波通過フィルタ（以下、次段ＬＰＦ）３４ｂを通して帯域制限した信号を加減算回路２２へ送出する次段帯域制限状態と、に切替可能なものである。
【００４１】
ここで、初段ＬＰＦ３４ａと次段ＬＰＦ３４ｂには、各々透過／遮断周波数の帯域が異なるものを用い、初段ＬＰＦ３４ａの時定数よりも次段ＬＰＦ３４ｂの時定数を長くすることで、初段ＬＰＦ３４ａよりも次段ＬＰＦ３４ｂの方が帯域制限周波数が低い（出力信号ａ〜ｄを平滑化し易い）特性とする。このような特性の初段ＬＰＦ３４ａ，次段ＬＰＦ３４ｂを用いるなら、ＱＤ受光器１６の受光強度がある程度高く、多少の雑音成分が残ってもゼロクロスが生じる可能性が低い場合には、初段ＬＰＦ３４ａを用いて出力信号ａ〜ｄの帯域制限を行うことができ、ＱＤ受光器１６の受光強度が極めて低く、些細な雑音成分によってもゼロクロスが生じる危険性がある場合には、次段ＬＰＦ３４ｂを用いて出力信号ａ〜ｄの帯域制限を行うことができる。
【００４２】
そこで、上述した構成の第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄの制御を行うレベル判別器３２は、ＱＤ受光器１６に当たったビームスポットの強度が低下することに伴って、加減算回路２２からの和信号Σの信号レベルが規定値（予め定めた初段帯域制限開始レベル）まで低下したことを検出すると、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄの各切替手段３３…に切替信号を送って、初段のフィルタである初段ＬＰＦ３４ａを各出力信号ａ〜ｄが通るように切り替えさせ、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄを初段帯域制限状態に変更させ、高周波の雑音成分がカットされた出力信号ａ〜ｄが加減算回路２２へ供給されるようにする。
【００４３】
初段ＬＰＦ３４ａに切り替えられた後、ＱＤ受光器１６に当たったビームスポットの強度が更に低下することに伴って、加減算回路２２からの和信号Σの信号レベルが規定値（予め定めた次段帯域制限開始レベル）まで低下したことをレベル判別手段３２が検出すると、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄの各切替手段３３…に切替信号を送って、次段のフィルタである次段ＬＰＦ３４ｂを各出力信号ａ〜ｄが通るように切り替えさせ、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄを次段帯域制限状態に変更させ、更に低周波の雑音成分がカットされた出力信号ａ〜ｄが加減算回路２２へ供給されるようにする。
【００４４】
上記のように帯域制限が行われた後、ＱＤ受光器１６に当たったビームスポットの強度が上昇することに伴って、加減算回路２２からの和信号Σの信号レベルが規定値（予め定めた次段帯域制限解除レベル）に達したことを検出したレベル判別器３２は、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄの各切替手段３３…に切替信号を送って、初段のフィルタである初段ＬＰＦ３４ａを各出力信号ａ〜ｄが通るように切り替えさせ、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄを次段帯域制限状態から初段帯域制限状態に戻す。
【００４５】
初段ＬＰＦ３４ａに切り替えられた後、ＱＤ受光器１６に当たったビームスポットの強度が更に上昇することに伴って、加減算回路２２からの和信号Σの信号レベルが規定値（予め定めた初段帯域制限解除レベル）に達したことを検出したレベル判別器３２は、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄの各切替手段３３…に切替信号を送って、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄをスルー状態に変更させ、プリアンプ回路２０からの出力信号ａ〜ｄがそのまま加減算回路２２へ供給されるようにする。
【００４６】
すなわち、本実施形態に係る捕捉追尾装置の精追尾制御手段が備えるレベル判別器３２は、「時定数の異なる２以上の低周波帯域通過フィルタを備えるものとし、上記帯域制限制御手段は、和信号の信号レベルの低下に応じて、時定数の短いものから時定数の長いものへ順次切り替え、和信号の信号レベルの上昇に応じて、時定数の長いものから短いものへ順次切り替えてスルー状態へ戻す帯域制限手段」として機能するのである。
【００４７】
図５に、上述した２段フィルタ切り替え方式を採用した精追尾制御手段１７′における各種信号のシミュレーション波形を示す。例えば、和信号Σの信号レベルが初段帯域制限開始レベルである０．３〔Ｖ〕になったのをレベル判別器３２が判別して、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄの切替手段３３により初段ＬＰＦ３４ａに切り替えさせる信号を出力する（初段のフィルタ切り替え信号をＯＮにする）のが概ね０．０３５秒付近で、その後に帯域制限された出力信号ａ〜ｄに基づいて計算された和信号Σが多少平滑化されているのが分かる。
【００４８】
更に受光信号の強度が低下し、和信号Σの信号レベルが次段帯域制限開始レベルである０．０３〔Ｖ〕になったのをレベル判別器３２が判別して、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄの切替手段３３により次段ＬＰＦ３４ｂに切り替えさせる信号を出力する（次段のフィルタ切り替え信号をＯＮにし、初段のフィルタ切り替え信号をＯＦＦにする）のが概ね０．０４６秒付近で、その後に帯域制限された出力信号ａ〜ｄに基づいて計算された和信号Σが更に平滑化されているのが分かる。
【００４９】
その後、受光信号の強度が上昇し、和信号Σの信号レベルが次段帯域制限解除レベルである０．２〔Ｖ〕になったのをレベル判別器３２が判別して、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄの切替手段３３により初段ＬＰＦ３４ａに切り替えさせる信号を出力する（初段のフィルタ切り替え信号をＯＮにし、次段のフィルタ切り替え信号をＯＦＦにする）のが概ね０．０７５秒付近で、その後に帯域制限された出力信号ａ〜ｄに基づいて計算された和信号Σに、雑音による微動が生じているのが分かる。
【００５０】
更に受光信号の強度が上昇し、和信号Σの信号レベルが初段帯域制限解除レベルである０．４〔Ｖ〕になったのをレベル判別器３２が判別して、第１〜第４帯域制限手段３１ａ〜３１ｄの切替手段３３をスルーに切り替えさせる信号を出力する（初段のフィルタの切り替え信号をＯＦＦにする）のが概ね０．７８秒付近で、その後に帯域制限されない出力信号ａ〜ｄに基づいて計算された和信号Σには、再び、雑音による顕著な微動が生じているのが分かる。
【００５１】
なお、第２実施形態においても、チャタリング防止のために、初段帯域制限開始レベルよりも初段帯域制限解除レベルを、次段帯域制限開始レベルよりも次段帯域制限解除レベルを、各々大きく設定してある。
【００５２】
図５（ｄ）に、初段ＬＰＦ３４ａ，次段ＬＰＦ３４ｂへの切り替えで帯域制限を施した出力信号ａ〜ｄにより取得した差分信号の波形を示す。これも、図３（ｂ）に示した理想的な差分信号に比べると多分に誤差を含んでおり、計測制度が低下していることは否めないものの、図３（ｅ）に示した第１実施形態で取得される差分信号よりも誤差を抑制できたことが分かる。
【００５３】
各段の帯域制限のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためにレベル判別器３２に判別させる規定値（各段の帯域制限開始レベルおよび帯域制限解除レベル）は、回路構成に応じた雑音特性に基づいて適宜設定すれば良く、その設定手法は特に限定されるものではない。また、初段ＬＰＦ３４ａ，次段ＬＰＦ３４ｂとして用いる各フィルタの帯域通過／遮断特性も、回路構成に応じた雑音特性に基づいて適宜設定すれば良いが、ランダム雑音の振幅の分布は確率的に推定できるので、和信号のゼロクロスを避け、且つ、各帯域制限による位置計測精度の低下を最小限とする周波数帯域制限を加え得る特性のフィルタを用いることが望ましい。
【００５４】
なお、上述した第２実施形態では、２つのＬＰＦを用いて強度低下に応じて切り替えるものとしたが、３つ以上のＬＰＦを用いて強度低下に応じて切り替えるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】捕捉追尾装置を含む光通信システムの概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係る捕捉追尾装置に設ける精追尾制御手段の概略構成図である。
【図３】精追尾制御手段（主に図２の構成）における各種信号のシミュレーション波形図である。
【図４】第２実施形態に係る捕捉追尾装置に設ける精追尾制御手段の概略構成図である。
【図５】精追尾制御手段（図４の構成）における各種信号のシミュレーション波形図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    捕捉追尾装置
２    望遠鏡
３    ジンバル機構
１３    粗追尾制御手段
１４    光路微調整手段
１６    ＱＤ受光器
１６ａ〜１６ｄ  第１〜第４受光素子
１７    精追尾制御手段
２１ａ〜２１ｄ  第１〜第４帯域制限手段
２４    レベル判別器
２５    切替手段
２６    ＬＰＦ
１７′  精追尾制御手段
３１ａ〜３１ｄ  第１〜第４帯域制限手段
３２    レベル判別器
３３    切替手段
３４ａ  初段ＬＰＦ
３４ｂ  次段ＬＰＦ
【図１】
2005065131.tif 000003
【図２】
2005065131.tif 000004
【図３】
2005065131.tif 000005
【図４】
2005065131.tif 000006
【図５】
2005065131.tif 000007