(57)【要約】【課題】非静止衛星軌道を周回する衛星では高度が変化し、ボアサイト方向を地球の地心から他の方向へ変更する必要がある場合、衛星から見た全地球エリアが変化するために地球の一部がカバレッジエリアから外れてしまう。【解決手段】非静止軌道上を周回し、その周回中に衛星姿勢制御により衛星のボアサイト方向が可変される人工衛星に搭載されるもので、予め判明している非静止軌道と、この非静止軌道上におけるボアサイト方向を基に周回中のすべての時間帯で前記人工衛星から見た全地球エリアをカバーするビーム形状係数を予め算出し、この算出された係数に基づき入力端子からの入力信号を人工衛星から見た全地球エリアをカバーするビーム形状に成形する成形ビーム形成器と、この成形ビーム形成器からの成形ビーム信号を地球に向けて放射するグローバルビームアンテナを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非静止軌道上を周回し、その周回中に衛星姿勢制御により衛星のボアサイト方向が可変可能な人工衛星に搭載され、入力端子からの入力信号をビーム形状に成形する成形ビーム形成器と、この成形ビーム形成器からの成形ビーム信号を地球に向けて放射するグローバルビームアンテナを備える非静止衛星搭載用アンテナ装置であって、
前記成形ビーム形成器は、予め判明している非静止軌道と、この非静止軌道上におけるボアサイト方向を基に周回中のすべての時間帯で前記人工衛星から見た全地球エリアをカバーするビーム形状係数を予め算出し、この算出された係数に基づき入力端子からの入力信号を周回中の全ての時間帯で、人工衛星から見た全地球エリアをカバーするビーム形状に成形する構成にされたことを特徴とする非静止衛星搭載用アンテナ装置。
【請求項２】
非静止軌道上を周回し、その周回中に衛星姿勢制御により衛星のボアサイト方向が可変可能な人工衛星に搭載され、入力端子からの入力信号をビーム形状に成形する成形ビーム形成器と、この成形ビーム形成器からの成形ビーム信号を地球に向けて放射するグローバルビームアンテナを備える非静止衛星搭載用アンテナ装置であって、
人工衛星の非静止軌道上の位置と衛星のボアサイト方向に応じて、人工衛星から見た全地球エリアをカバーするように前記グローバルビームアンテナのビーム指向方向を制御するアンテナ制御信号を出力するアンテナ制御器を備え、グローバルビームアンテナはアンテナ制御信号に基づきビーム指向方向を機械的に制御する構成にされたことを特徴とする非静止衛星搭載用アンテナ装置。
【請求項３】
非静止軌道上を周回し、その周回中に衛星姿勢制御により衛星のボアサイト方向が変更される人工衛星に搭載され、入力端子からの入力信号をビーム形状に成形する成形ビーム形成器と、この成形ビーム形成器からの成形ビーム信号を地球に向けて放射するグローバルビームアンテナを備える非静止衛星搭載用アンテナ装置であって、
人工衛星の非静止軌道上の位置と、その軌道上におけるボアサイト方向に適合したビーム形状に入力信号を成形するようビーム制御信号を前記成形ビーム形成器に出力するビーム制御器を備えたことを特徴とする非静止衛星搭載用アンテナ装置。
【請求項４】
人工衛星の非静止軌道上の位置と、その軌道上の位置におけるビームの形状とグローバルビームアンテナ１の指向方向夫々を相互関係において最適な値を算出し、ビームの形状に関する出力はビーム制御器に、指向方向に関する出力はアンテナ制御器に出力するビーム／アンテナ制御器を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の非静止衛星搭載用アンテナ装置。
【請求項５】
前記アンテナ制御器は人工衛星が非静止軌道を周回中に衛星のボアサイト方向を姿勢制御により変更する際に、前記人工衛星から見た全地球エリアをカバーするようにアンテナ装置のビーム指向性を切り替えるアンテナ制御信号を出力する構成にしたことを特徴とする請求項２記載の非静止衛星搭載用アンテナ装置。
【請求項６】
前記アンテナ制御器は人工衛星が非静止軌道を周回中に所定時間毎に、非静止軌道上の位置と衛星のボアサイト方向に応じて、人工衛星から見た全地球エリアをカバーするように前記グローバルビームアンテナのビーム指向方向を切り替え制御するアンテナ制御信号を出力する構成にしたことを特徴とする請求項２記載の非静止衛星搭載用アンテナ装置。
【請求項７】
前記成形ビーム形成器の形成するビーム形状を楕円形状としたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の非静止衛星搭載用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、準天頂軌道などの非静止衛星軌道を周回する人工衛星に搭載され、人工衛星から見た全地球上に設置された固定及び移動体通信用アンテナとの間で通信などを実施するアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
全地球エリアをカバーするグローバルビームを形成するアンテナを搭載する人工衛星としては、従来、米国防総省が開発したＧＰＳ衛星が知られている。図７に例としてＧＰＳ衛星における衛星から見た地球の図を示す。ＧＰＳ衛星は高度２０１８７ｋｍに軌道傾斜角５５度の異なる６つのほぼ完全な円軌道上を周回する衛星である。衛星のボアサイト方向はたえず地球の地心を向いており、衛星から見た全地球エリアはほとんど変化しない。
【０００３】
また特開平０１−１７６９６６号公報には赤道上の日周期軌道と、この日周期軌道と赤道面に対してプラス６０度およびマイナス６０度傾斜している２つの日周期軌道の各日周期軌道に等間隔で６個の衛星を配置し、全地球エリアをカバーする衛星通信、測位方式が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−１７６９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＧＰＳ衛星および特開平０１−１７６９６６号公報記載の衛星通信、測位方式は、何れも衛星が地球を周回している間、たえず衛星のボアサイト方向が地球の地心を向いており、また、衛星の高度もほぼ変わらないため、衛星から見た全地球エリアはほとんど変化しなかった。しかし、非静止衛星軌道のように衛星の高度が変化し、且つ、衛星のボアサイト方向を地球の地心から他の方向へ可変する必要がある場合には、衛星から見た全地球エリアが変化するために、従来の衛星が用いたグローバルビーム形成では地球の一部がカバレッジエリアからはずれてしまうという問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、軌道上を周回中に衛星のボアサイト方向を衛星姿勢制御により可変されるような非静止軌道上を周回する人工衛星に搭載され、人工衛星から見た全地球エリアをカバーするためにグローバルビームを形成する非静止衛星搭載用アンテナ装置において、周回中のすべての時間帯で人工衛星から見た全地球エリアをカバーするようにアンテナ装置のビーム形状を形成することによりカバレッジエリアからはずれないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の非静止衛星搭載用アンテナ装置は、非静止軌道上を周回し、その周回中に衛星姿勢制御により衛星のボアサイト方向が可変される人工衛星に搭載されるもので、
予め判明している非静止軌道と、この非静止軌道上におけるボアサイト方向を基に周回中のすべての時間帯で前記人工衛星から見た全地球エリアをカバーするビーム形状係数を
予め算出し、この算出された係数に基づき入力端子からの入力信号を人工衛星から見た全地球エリアをカバーするビーム形状に成形する成形ビーム形成器と、
この成形ビーム形成器からの成形ビーム信号を地球に向けて放射するグローバルビームアンテナを備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の非静止衛星搭載用アンテナ装置では、周回中に衛星のボアサイト方向が衛星姿勢制御により可変された場合にも、成形ビーム形成器により、周回中のすべての時間帯で人工衛星から見た全地球エリアをカバーするようにビーム形状を形成することにより、地球の一部がカバレッジエリアからはずれないようにされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による非静止衛星搭載用アンテナ装置の構成図である。図において、１は衛星に搭載され、全地球に向けてビームを放射するアレー形式のグローバルビームアンテナ、２はグローバルビームに対して成形ビームを形成する成形ビーム形成器、３は成形ビーム形成器２へ信号を入力する入力端子、４１，４２，・・・，４ｎは成形ビーム形成器２からアレー形式のグローバルビームアンテナ１へ成形ビームの信号を入出力する成形ビーム信号入出力端子である。
【００１０】
図２はこの実施の形態１における人工衛星が周回する２４時間周期の非静止衛星軌道を示した図である。図において、５は基準時刻から１日間に亘っての衛星軌道の地上軌跡、６は衛星のボアサイト方向を地球の地心以外の方向、例えば日本へ向けている時間帯、７は衛星のボアサイト方向を地球の地心に向けている時間帯である。
【００１１】
図３は図２に示す２４時間周期の非静止衛星軌道におけるアポジ点とペリジ点での衛星から見た地球の図である。
【００１２】
次に動作について説明する。
まず、この人工衛星が周回する２４時間周期の非静止衛星軌道は決まっているので、各々の時刻における人工衛星の地球に対する位置、およびボアサイト方向は予め分かっている。従って如何なるビーム形状にすれば、周回中のすべての時間帯で前記人工衛星から見た全地球エリアをカバーできるかは予め判明しているので、それを演算し係数として、成形ビーム形成器２は予め保存しておく。
【００１３】
そして、成形ビーム形成器２はこの演算された係数を基に入力端子３から入力した信号を、周回中の全ての時間帯で、衛星から見た全地球エリアをカバーするようなビーム形状に形成する。
【００１４】
図３に示すように非静止衛星軌道ではアポジ点とペリジ点において衛星から見た地球の大きさは異なり、さらに衛星のボアサイト方向が変わることによって衛星から見た地球の大きさ及び方向が異なる。このような場合においても成形ビーム形成器２は衛星から見た全地球エリアをカバーするようなビーム形状を形成する。形成された成形ビームの信号は成形ビーム信号入出力端子４１，４２，・・・，４ｎを介してグローバルビームアンテナ１へ伝送され、グローバルビームが放射される。
【００１５】
また、成形ビーム形成器２で形成される全地球エリアをカバーするビームは、その形状を複雑な形状でなく、例えば円形状や楕円形状のように単純な形状にされる。このように単純な形状にすることにより、成形ビーム形成器２を安易な構成とすることができる。
【００１６】
以上のように構成された実施の形態１の非静止衛星搭載用アンテナ装置では、周回中に衛星のボアサイト方向が衛星姿勢制御により変更された場合にも、成形ビーム形成器２により、周回中のすべての時間帯で人工衛星から見た全地球エリアをカバーするようにビーム形状を形成することにより、地球の一部がカバレッジエリアからはずれないようにされている。
【００１７】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による非静止衛星搭載用アンテナ装置の構成図である。図において、１は衛星に搭載され、全地球に向けてビームを放射するグローバルビームアンテナ、２はグローバルビームに対して成形ビームを形成する成形ビーム形成器、３は成形ビーム形成器２へ信号を入力する入力端子、４１，４２，・・・，４ｎは成形ビーム形成器２からグローバルビームアンテナ１へ成形ビームの信号を入出力する成形ビーム信号入出力端子、８は人工衛星の周回軌道上の位置およびボアサイト方向に応じてその状態時に全地球エリアをカバーするようなビーム形状を形成するよう成形ビーム形成器２にビーム制御信号を出力するビーム制御器、９はビーム制御器８からビーム制御信号を成形ビーム形成器２に信号を伝送するビーム制御線である。
成形ビーム形成器２におけるビーム形状の具体的な形成方法は、ビーム制御器８からのビーム制御信号により、アレー形式のグローバルビームアンテナ１の動作させるアンテナ素子と、そのアンテナ素子から放射される電界強度を算出し、その信号をグローバルビームアンテナ１へ送出する。
【００１８】
次に動作について説明する。入力端子３から入力した信号は成形ビーム形成器２により、衛星から見た全地球エリアをカバーするようなビーム形状に形成される。このとき、衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の時々刻々の変化に対応したビーム制御信号をビーム制御器８は成形ビーム形成器２にビーム制御線９を介して送出する。例えば、図３に示すように非静止衛星軌道ではアポジ点とペリジ点において衛星から見た地球の大きさは異なり、さらに衛星の衛星姿勢制御により図２に示すようにボアサイト方向が変わることによって衛星から見た地球の大きさ及び方向が異なる。このような場合においてもこの実施の形態では、ビーム制御器８が衛星の位置およびボアサイト方向に応じてその状態時に全地球エリアをカバーするようなビーム形状を形成するよう成形ビーム形成器２にビーム制御信号を出力し、成形ビーム形成器２はビーム制御信号に基づいてビーム形状を形成するので、衛星から見た全地球エリアをカバーするようなビーム形状を形成する。形成された成形ビームの信号は成形ビーム信号入出力端子４１，４２，・・・，４ｎを介してグローバルビームアンテナ１へ伝送され、グローバルビームが放射される。
【００１９】
なお、ビーム制御器８は衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の時々刻々の変化に対応してビーム制御信号を生成するのではなく、衛星の衛星姿勢制御によりボアサイト方向が変わる際にビーム制御信号を生成し、全地球エリアをカバーするようなビーム形状を形成するよう成形ビーム形成器２にビーム制御信号を出力してもよい。
【００２０】
以上のように構成された実施の形態２の非静止衛星搭載用アンテナ装置では、周回中に衛星のボアサイト方向が衛星姿勢制御により可変された場合にも、衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の変化に対応したビーム制御信号をビーム制御器８が成形ビーム形成器２に送出し、成形ビーム形成器２により、周回中のすべての時間帯で人工衛星から見た全地球エリアをカバーするようにビーム形状を形成することにより、地球の一部がカバレッジエリアからはずれないようにされている。
【００２１】
また、衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の変化に対応して、例えば複数のビーム指向性を切り替えるビーム制御信号をビーム制御器８から成形ビーム形成器２に送出し、ビーム指向性を制御することにより、地球の一部がカバレッジエリアからはずれないようにすることも可能である。
【００２２】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による非静止衛星搭載用アンテナ装置の構成図である。図において、１は衛星に搭載され、全地球に向けてビームを放射するグローバルビームアンテナ、２はグローバルビームに対して成形ビームを形成する成形ビーム形成器、３は成形ビーム形成器２へ信号を入力する入力端子、４１，４２，・・・，４ｎは成形ビーム形成器２からグローバルビームアンテナ１へ成形ビームの信号を入出力する成形ビーム信号入出力端子、１０は人工衛星の位置に応じてその状態時に全地球エリアをカバーするようアンテナのビーム指向方向を制御するアンテナ制御信号をグローバルビームアンテナ１に出力するアンテナ制御器、１１はアンテナ制御器１０からアンテナ制御信号をグローバルアンテナ１に信号を伝送するアンテナ制御線である。
図示されていないが、グローバルビームアンテナ１はアンテナの向きなどを変更することにより、そのビーム指向方向がアンテナ制御信号により機械的に制御される構成になっている。
【００２３】
次に動作について説明する。入力端子３から入力した信号は成形ビーム形成器２により、衛星から見た全地球エリアをカバーするようなビーム形状を形成する。形成された成形ビームの信号は成形ビーム信号入出力端子４１，４２，・・・，４ｎを介してグローバルビームアンテナ１へ伝送され、グローバルビームが放射される。このとき、衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の時々刻々の変化に対応したアンテナ制御信号をアンテナ制御器１０はグローバルビームアンテナ１にアンテナ制御線１１を介して送出する。例えば、図３に示すように非静止衛星軌道ではアポジ点とペリジ点において衛星から見た地球の大きさは異なり、さらに衛星の衛星姿勢制御により図２に示すようにボアサイト方向が変わることによって衛星から見た地球の大きさ及び方向が異なる。このような場合においてもこの実施の形態では、アンテナ制御器１０が人工衛星の位置に応じてその状態時に全地球エリアをカバーするようアンテナのビーム指向方向を制御するアンテナ制御信号をグローバルビームアンテナ１に出力するので、グローバルビームアンテナ１はこのアンテナ制御信号に基づいてビーム指向方向を機械的に制御し、衛星から見た全地球エリアをカバーするようにビーム指向性を制御する。
【００２４】
なお、アンテナ制御器１０は衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の時々刻々の変化に対応してアンテナ制御信号を生成するのではなく、衛星の衛星姿勢制御によりボアサイト方向が変わる際にアンテナ制御信号を生成し、全地球エリアをカバーするようにグローバルビームアンテナ１のビーム指向方向を制御してもよい。
【００２５】
以上のように構成された実施の形態３の非静止衛星搭載用アンテナ装置では、周回中に衛星のボアサイト方向が衛星姿勢制御により可変された場合にも、衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の変化に対応したアンテナ制御信号をアンテナ制御器１０がグローバルビームアンテナ１に送出する。グローバルビームアンテナを制御することにより、周回中のすべての時間帯で人工衛星から見た全地球エリアをカバーするようにビーム指向性を制御することにより、地球の一部がカバレッジエリアからはずれないようにされている。
【００２６】
また、衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の変化に対応して、例えば２つのビーム指向性を切り替えるアンテナ制御信号をアンテナ制御器１０からグローバルビームアンテナ１に送出し、ビーム指向性を制御することにより、地球の一部がカバレッジエリアからはずれないようにすることも可能である。
【００２７】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４による非静止衛星搭載用アンテナ装置の構成図である。図において、１は衛星に搭載され、全地球に向けてビームを放射するグローバルビームアンテナ、２はグローバルビームに対して成形ビームを形成する成形ビーム形成器、３は成形ビーム形成器２へ信号を入力する入力端子、４１，４２，・・・，４ｎは成形ビーム形成器２からグローバルビームアンテナ１へ成形ビームの信号を入出力する成形ビーム信号入出力端子、１２は人工衛星の軌道上の位置を検出し、その位置におけるビームの形状とグローバルビームアンテナ１のビーム指向方向夫々を相互の関連において最適な値を算出するビーム／アンテナ制御器、８はビーム／アンテナ制御器１２からのビーム形状信号に基づいて成形ビーム形成器２にビーム制御信号を出力するビーム制御器、９はビーム制御器８からビーム制御信号を成形ビーム形成器２に信号を伝送するビーム制御線、１０はビーム／アンテナ制御器１２からのビーム指向信号に基づいてグローバルビームアンテナ１にアンテナのボアサイト方向を制御するアンテナ制御信号を出力するアンテナ制御器、１１はアンテナ制御器１０からアンテナ制御信号をグローバルアンテナ１に信号を伝送するアンテナ制御線、１３はビーム／アンテナ制御器１２からの信号をビーム制御線８に伝送するビーム側信号線、１４はビーム／アンテナ制御器１２からの信号をアンテナ制御器１０に伝送するアンテナ側信号線である。
【００２８】
人工衛星の非静止軌道は既知であるので、各々の軌道位置とその位置におけるボアサイト方向からアンテナの最適なビーム方向とビーム形状は予め算出されてビーム／アンテナ制御器１２のメモリに保存されている。
ビーム／アンテナ制御器１２は人工衛星の非静止軌道上の位置を検出し、その軌道位置における値を前記保存されたメモリから取り出す。このように構成するにより演算時間が少なくて済む。
【００２９】
次に動作について説明する。入力端子３から入力した信号は成形ビーム形成器２により、衛星から見た全地球エリアをカバーするようなビーム形状を形成する。このとき、衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の時々刻々の変化に対応した最適なビームの形状とグローバルビームアンテナ１のボアサイト方向をビーム／アンテナ制御器１２が算出し、その信号をビーム制御器８とアンテナ制御器１０に送出する。ビーム制御器８はビーム制御信号をビーム／アンテナ制御器１２からの信号に基づいて成形ビーム形成器２にビーム制御線９を介して送出する。また、衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の時々刻々の変化に対応したアンテナ制御信号をアンテナ制御器１０はビーム／アンテナ制御器１２からの信号に基づいてグローバルビームアンテナ１にアンテナ制御線１１を介して送出する。例えば、図３に示すように非静止衛星軌道ではアポジ点とペリジ点において衛星から見た地球の大きさは異なり、さらに衛星のボアサイト方向が変わることによって衛星から見た地球の大きさ及び方向が異なる。このような場合においてもこの実施の形態においては、衛星の非静止衛星軌道の位置およびグローバルビームアンテナ１のボアサイト方向に対応したビーム指向方向とビーム形状を制御することにより、衛星から見た全地球エリアをカバーするような形成された成形ビームの信号は成形ビーム信号入出力端子４１，４２，・・・，４ｎを介してグローバルビームアンテナ１へ伝送され、グローバルビームアンテナ１ではビーム／アンテナ制御器１２の算出した指向方向にグローバルビームが放射される。
【００３０】
なお、ビーム／アンテナ制御器１２は衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の時々刻々の変化に対応してアンテナ制御信号を生成するのではなく、衛星の衛星姿勢制御によりボアサイト方向が変わる際ビーム指向方向とビーム形状を算出し、全地球エリアをカバーするよう、算出された形状に成形ビームを形成し、グローバルビームアンテナ１のビーム指向方向を制御してもよい。
【００３１】
以上のように構成された実施の形態３の非静止衛星搭載用アンテナ装置では、周回中に衛星のボアサイト方向が衛星姿勢制御により可変された場合にも、衛星の軌道及び衛星のボアサイト方向の変化に対応したアンテナ制御信号をアンテナ制御器１０がグローバルビームアンテナ１に送出し、且つ、ビーム制御信号をビーム制御器８が成形ビーム形成器２に送出する。グローバルビームアンテナを制御し、且つ、成形ビーム形成器２により、周回中のすべての時間帯で人工衛星から見た全地球エリアをカバーするようにビーム形状を形成することにより、地球の一部がカバレッジエリアからはずれないようにされている。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明のアンテナ装置は、準天頂軌道などの非静止衛星軌道を周回する人工衛星に搭載され、成形ビーム形成器により、周回中のすべての時間帯で人工衛星から見た全地球エリアをカバーするようにビーム形状を形成することで、人工衛星から見た全地球上に設置された固定及び移動体通信用アンテナとの間での通信などを可能する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施の形態１による非静止衛星搭載用アンテナ装置の構成図である。
【図２】２４時間周期の非静止衛星軌道を示す図である。
【図３】図２の非静止衛星軌道におけるアポジ点とペリジ点での衛星から見た地球の図である。
【図４】実施の形態２による非静止衛星搭載用アンテナ装置の構成図である。
【図５】実施の形態３による非静止衛星搭載用アンテナ装置の構成図である。
【図６】実施の形態４による非静止衛星搭載用アンテナ装置の構成図である。
【図７】ＧＰＳ衛星から見た地球を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１．グローバルビームアンテナ
２．成形ビーム形成器
３．入力端子
４１，４２，４３，・・・，４ｎ．成形ビーム信号入出力端子
５．基準時刻から１日間に亘っての衛星軌道の地上軌跡
６．衛星のボアサイト方向を地球の地心以外の方向、例えば日本へ向けている時間帯
７．衛星のボアサイト方向を地球の地心に向けている時間帯
８．ビーム制御器
９．ビーム制御線
１０．アンテナ制御器
１１．アンテナ制御線
１２．ビーム／アンテナ制御器
１３．ビーム側信号線
１４．アンテナ側信号線
【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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