(57)【要約】【課題】衛星と地上局との間の雲の有無を検出して高品質の通信が行える地上局を選択して光通信を行う光通信装置を提供することを目的とする。【解決手段】飛行物体に搭載され地上局とレーザ光による光通信を行う光通信装置であって、複数の地上局と択一的に光通信を行う通信用レーザ光送信部と、地上局に向かって障害物を検出するレーザ光を送信する検出用レーザ光送信部と、障害物検出用レーザ光の地上もしくは障害物からの反射光を受信する受信部と、受信した反射光に基づき障害物の有無を検出する障害物判定部と、障害物を検出したときに検出用レーザ光送信部に対し検出用のレーザ光を他の１つの地上局に向かって送信するよう制御し、障害物を検出しなかったときに通信用レーザ光送信部により検出用レーザ光を送信した地上局との間で光通信を行うよう制御する制御部とを備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
2012039285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行物体に搭載され複数の地上局との間でレーザ光による光通信を行う光通信装置であって、
前記複数の地上局と択一的にレーザ光により光通信を行う通信用レーザ光送信部と、
前記複数の地上局の少なくとも１つの地上局に向かって前記レーザ光を減衰させる障害物を検出するレーザ光を送信する検出用レーザ光送信部と、
前記障害物検出用レーザ光の地上もしくは前記障害物からの反射光を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記反射光に基づいて前記障害物の有無を検出する障害物判定部と、
前記障害物判定部が前記障害物を検出したときに、前記検出用レーザ光送信部に対し前記検出用のレーザ光を他の１つの地上局に向かって送信するよう制御し、前記障害物判定部が前記障害物を検出しなかったときに、前記通信用レーザ光送信部により前記検出用レーザ光を送信した地上局との間で光通信を行うよう制御する制御部と
を備えたことを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
前記障害物判定部は、前記検出用レーザ光と前記反射光とを比較することにより前記障害物の有無を検出することを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項３】
前記光通信装置は前記反射光の受信レベルを計測する受信レベル計測部を有し、
前記障害物判定部は、前記受信レベル計測部で計測された前記反射光の受信レベルに基づいて前記障害物の有無を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の光通信装置。
【請求項４】
前記光通信装置は、前記検出用レーザ光と前記反射光とに基づいて前記飛行物体から前記検出用レーザ光が反射された地上もしくは前記障害物までの距離を計測するレーザ測距部を有し、
前記判定部は、前記計測値に基づいて前記障害物の有無を判定することを特徴とする請求項２または３に記載の光通信装置。
【請求項５】
前記光通信装置は、前記検出用レーザ光の出力レベルを増幅する検出用光増幅器と、
前記通信用レーザ光の出力レベルを増幅する通信用光増幅器とを有し、
前記制御部は、前記検出用光増幅器の増幅率と前記通信用光増幅器の増幅率とを制御することにより前記検出用レーザ光と前記通信用レーザ光とのいずれか一方を選択して送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光通信装置。
【請求項６】
前記光通信装置は、
前記検出用レーザ光と前記通信用レーザ光とのうちいずれか一方を通過させる光スイッチと、
前記光スイッチを通過するレーザ光の出力レベルを増幅する単一の増幅器とを有し、
前記制御部は、前記光スイッチを制御して前記検出用レーザ光と前記通信用レーザ光とのいずれか一方を選択して通過させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光通信装置。
【請求項７】
前記検出用レーザ光送信部は、
前記検出用レーザ光を平行光線にして送信する検出用コリメータレンズと、
前記制御部からの信号に基づいて前記検出用コリメータレンズの向きを調節し前記検出用レーザ光の送信方向を制御する検出用レーザ方向制御機構とを有する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光通信装置。
【請求項８】
飛行物体と複数の地上局との間で択一的にレーザ光により行われる光通信方法であって、
前記飛行物体と前記１または複数の地上局との間の前記障害物の有無を検出するために前記地上局の方向へ前記検出用レーザ光を送信する検出用レーザ光送信ステップと、
前記検出用レーザ光の地上もしくは前記障害物からの反射光を受信する反射光受信ステップと、
前記受信した反射光と前記検出用レーザ光とに基づいて前記障害物の有無を判定する障害物判定ステップと、
前記障害物判定ステップの判定結果に基づき、前記複数の地上局のうち前記飛行物体との間に前記障害物が存在しない地上局を選択しデータ通信を行う通信ステップと
を有する光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星等の飛行物体内に設置され地上局に対して光通信を行う光通信装置および光通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衛星や航空機等の飛行物体（以下、単に衛星等とする）と地上局との間での光通信においては、光は雲や大気中に浮遊する微小な液体または固体の粒子であるエアロゾル等の障害物（以下、単に雲等とする）により吸収又は散乱されるため、これらの影響が小さく高品質の通信ができる地上局を選択することが必要となる。従来の衛星等と地上局との間の光通信においては、地上局側で、気象情報及び目視に基づき雲等がなく通信が妨げられない地上局を予測し、その予測結果に基づいて選択された地上局と衛星との間で通信を行っていた（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６５６２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、気象情報は必ずしも正確な雲等の位置を表示できないこともあり、例えば局所的に発生する雲等の位置については気象情報では検出できず、また、目視についても正確に雲等の位置を把握することはできなかった。そのため、雲等の影響が少なく良好な通信を行える地上局の選択を的確に行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、衛星等と地上局との間の雲等の障害物の有無を実際に検出することにより判定し、雲等の影響が小さい高品質の通信が行える地上局を的確に選択して光通信を行う光通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光通信装置は、飛行物体に搭載され複数の地上局との間でレーザ光による光通信を行う光通信装置であって、前記複数の地上局と択一的にレーザ光により光通信を行う通信用レーザ光送信部と、前記複数の地上局の少なくとも１つの地上局に向かって前記レーザ光を減衰させる障害物を検出するレーザ光を送信する検出用レーザ光送信部と、前記障害物検出用レーザ光の地上もしくは前記障害物からの反射光を受信する受信部と、前記受信部が受信した前記反射光に基づいて前記障害物の有無を検出する障害物判定部と、前記障害物判定部が前記障害物を検出したときに、前記検出用レーザ光送信部に対し前記検出用のレーザ光を他の１つの地上局に向かって送信するよう制御し、前記障害物判定部が前記障害物を検出しなかったときに、前記通信用レーザ光送信部により前記検出用レーザ光を送信した地上局との間で光通信を行うよう制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光通信装置によれば、衛星と地上局との間の雲等の有無を検出して雲等の影響を受けず高品質の通信が行える地上局を選択し光通信できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明における地上局の選択方法についての説明図を示す。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光通信装置の概略構成図を示す。
【図３】本発明の実施の形態１の動作を表すフロー図を示す。
【図４】本発明の実施の形態２（パルス方式）に係る光通信装置の概略構成図を示す。
【図５】本発明の実施の形態２（ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）変調方式）に係る光通信装置の概略構成図を示す。
【図６】本発明の実施の形態２（測距と受信レベルとの組み合わせ）に係る光通信装置の概略構成図を示す。
【図７】本発明の実施の形態３に係る光通信装置の概略構成図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本発明の地上局の選択の仕方について図１を用いて説明する。全国各地には地上局２００ａ〜２００ｅが設置されており、衛星１００に搭載された光通信装置（図１には図示しない）は各地上局と光を用いてデータ通信を行う。なお、地上局は説明を簡単にするため５個を図示したが、この個数に限定されるものではなく、その設置場所は国内だけではなく海外に設置されてもよい。また、衛星１００の代わりに航空機等の飛行物体でもよい。
【００１０】
まず、光通信装置は、地上局２００ａに向けて衛星と地上局の間における雲等の存在を確認するための検出用レーザ光３００ａを送信する。検出用レーザ光３００ａは雲Ａにより反射され、光通信装置はその反射光４００ａを受信してそのレベルを計測する。検出用レーザ光３００ａはその大部分が雲により吸収または散乱されるため、反射光のパワーは小さく、その受信レベルは低くなるので、光通信装置は衛星１００と地上局２００ａ間に雲が存在すると判断し、次の地上局２００ｂに検出用レーザ光３００ｂを送信する。なお、この場合一部の検出用レーザ光３００ａは雲を突き抜けて地上から反射されるが、その反射光は非常に微力なパワーであるので、図１では省略している。
【００１１】
ここでは次の地上局は２００ｂとしているが、地上局の選び方は任意としてよい。例えば、地上局２００ａに近い地上局では上空が雲に覆われている可能性が高いので、ある程度距離が離れている地上局を選択してもよいし、ランダムに選択してもよい。
【００１２】
地上局２００ｂの方向に送信された検出用レーザ光３００ｂは雲Ａにより反射され、光通信装置はその反射光４００ｂを受信する。反射光４００ｂのパワーは小さく、その受信レベルは低くなるので、光通信装置は衛星１００と地上局２００ａ間に雲が存在すると判断し、次の地上局２００ｃに検出用レーザ光３００ｃを送信する。
【００１３】
地上局２００ｃの方向に送信された検出用レーザ光３００ｃは、雲等により散乱または吸収されることなく地上から反射され、光通信装置はその反射光４００ｃを受信する。この場合の受信レベルは高いため、光通信装置は衛星１００と地上局２００ｃとの間には雲等がないと判断し、光通信装置は地上局２００ｃに対しデータ通信を行うためのレーザ光である通信用レーザ光（図１に図示なし）を送信してデータ通信を行う。
【００１４】
なお、各地上局にそれぞれ検出用レーザ光を順番に送信して反射光を受信し、その中で最も受信レベルが高かった地上局を採用するという方法を用いてもよい。例えば図１の中では地上局２００ｃと地上局２００ｄについては衛星との間に雲等が存在しないため、地上局２００ｃからの反射光４００ｃの受信レベル、地上局２００ｄからの反射光４００ｄの受信レベルはそれぞれ高い値となるが、これらのうち、より受信レベルが高い方の地上局を選択するとしてもよい。
【００１５】
また、衛星１００や雲等の移動方向を考慮して地上局を選択してもよい。さらには、光通信装置内に複数の検出用レーザ光送信部を設けて、同時に複数の地上局に検出用レーザ光を送信し、各地上局からの反射光を受信してその中から最も受信レベルの高い反射光に対応する地上局を選択してもよい。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る光通信装置の概略構成図を示す。光通信装置は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信機１と、ＩＮＳ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）２と、衛星情報取得部３と、地上局位置情報記憶部４と、光送受信部５０と、受信レベル計測部１６と、障害物判定部１７とで構成される。
【００１７】
また光送受信部５０は、検出用光源６と、検出用変調信号発生器７と、通信用光源８と、通信用変調信号発生器９と、光増幅器１０、１１と、検出用送信光学系１２と、通信用送信光学系１３と、検出用受信光学系１４と、光電気変換器１５とで構成される。検出用光源６と、検出用変調信号発生器７と、検出用光増幅器１０と、検出用送信光学系１２とを合わせて検出用レーザ光送信部と定義する。また、通信用光源８と、通信用変調信号発生器９と、通信用増幅器１１と、通信用送信光学系１３とを合わせて通信用レーザ光送信部と定義する。また、検出用受信光学系１４と、光電気変換器１５とを合わせて受信部と定義する。
【００１８】
ＧＰＳ受信機１は、図１には図示しないＧＰＳ衛星から光通信装置が搭載される衛星の位置情報を受信する。位置情報は、例えば衛星の中心の３次元座標等であればよい。
【００１９】
ＩＮＳ２は、衛星の姿勢情報の検出を行う。姿勢情報は、例えば光通信装置における後述する検出用光源１２のレーザの光軸の向きについての情報であればよい。
【００２０】
衛星情報取得部３は、ＧＰＳ受信機１から衛星の位置情報と、ＩＮＳ２から衛星の姿勢情報とを取得して、それらの情報を後述する制御部５に送信する。
【００２１】
地上局位置情報記憶部４は、地上に設置され、衛星と光通信を行う複数の地上局についての位置情報が格納されている。位置情報は、例えば各地上局の中心の３次元座標等であればよい。
【００２２】
制御部５は、衛星情報取得部３から衛星の位置情報および衛星の姿勢情報を取得し、地上局位置情報記憶部４から地上局の位置情報を取得する。そして、それらの情報に基づいて、検出用送信光学系６、通信用送信光学系１３、検出用受信光学系１４に制御信号を出力して制御する。また、検出用光増幅器１０および通信用光増幅器１１の増幅率を変える制御を行う。これら制御の詳細については後記する。
【００２３】
検出用光源６は、検出用のレーザ光を発出する光源であり、検出用のレーザ光は、検出用変調信号発生器７が発生する変調信号により変調され出力される。検出用変調信号発生器７による変調は、例えばパルス変調または正弦波の強度変調等であればよい。
【００２４】
通信用光源８は、通信用のレーザ光を発出する光源であり、通信用のレーザ光は、通信用変調信号発生器９が発生する変調信号により変調され出力される通信用変調信号発生器９による変調は、例えば直接変調等を用いることができる。
【００２５】
検出用光源６、通信用光源８は半導体レーザ等で実現可能であり、例えば検出用レーザ光波長1um（マイクロメートル）、通信用レーザ光波長1.5umを用いればよい。なお、通信用レーザ光波長と通信用レーザ光波長を同じ値としてもよい。そのようにした場合、半導体レーザや光増幅器の設置台数を減らすことができ、低コスト化、設置面積の減少を図ることができる。
【００２６】
検出用光増幅器１０は、検出用光源６から出力された検出用レーザ光の出力レベル（パワー）を増幅する。また、通信用光増幅器１１は、通信用光源８から出力された通信用レーザ光の出力レベルを増幅する。
【００２７】
また、制御部５は、検出用光増幅器１０と通信用光増幅器１１とを制御することにより、検出用レーザ光を送信するか通信用レーザ光を送信するかを決定する。具体的には、検出用レーザ光が常に入力されている検出用光増幅器１０の増幅率または、通信用レーザ光が常に入力されている通信用光増幅器１１の増幅率のいずれか一方をゼロ付近に制御し、いずれか一方のレーザ光が増幅器から出力されないようにする。つまり、ここでは各増幅器はスイッチの役割も果たしているといえる。
【００２８】
検出用レーザ光を送信する場合は通信用光増幅器１０の増幅率をゼロ付近に制御し、通信用レーザ光を送信する場合は検出用光増幅器１１の増幅率をゼロ付近に制御する。これら光増幅器は、希土類添加ファイバ増幅器、ラマン増幅器、半導体増幅器等の一般に知られる光増幅器を用いることで実現が可能である。
【００２９】
なお、本実施の形態では各増幅器を制御して検出用レーザ光と通信用レーザ光のいずれか一方を送信するようにしたが、一般に使われるスイッチの切り替えによりレーザ光の切り替えを行ってもよい。例えば、計測用光源６と計測用光増幅器１０との間、また、通信用光源８と通信用光増幅器１１との間にスイッチを設け、各スイッチのＯＮ/ＯＦＦを制御部５が制御する構成としてもよい。
【００３０】
検出用送信光学系１２は、検出用光増幅器１０を通過して入力されるレーザ光を平行光線にして送信する検出用コリメータレンズと、検出用コリメータレンズの向きを調節して送信されるレーザ光の向きを制御する検出用レーザ方向制御機構とを有する。
【００３１】
通信用送信光学系１３は、通信用光増幅器１１を通過して入力されるレーザ光を平行光線にして送信する通信用コリメータレンズと、通信用コリメータレンズの向きを調整して送信されるレーザ光の向きを制御する通信用レーザ方向制御機構とを有する。
【００３２】
検出用受信光学系１４は、上記の送信光学系と同様に受信用のコリメータレンズおよび受信用レーザ方向制御機構とを有し、検出用送信光学系から送信された検出用レーザ光についての反射光を受信する。光通信装置には、地上局から送信されたレーザ光を受信する通信用受信光学系を設けてもよい。
【００３３】
なお、検出用レーザ方向制御機構、通信用レーザ方向制御機構、受信用レーザ方向制御機構、検出用コリメータレンズ、通信用コリメータレンズ、受信用コリメータレンズ、受信用レーザ方向制御機構は図２には図示していない。
【００３４】
光電気変換器１５は、検出用受信光学系１４で受信した光信号を電気信号に変換する。光電気変換器１５は、例えばＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）やＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）等により実現可能である。なお、光電気変換器１５の後段に電気増幅器を設ける構成としてもよい。
【００３５】
受信レベル計測部１６は、光電気変換器１５から出力される受信信号の電圧値等のレベルを計測する。そして、計測した値を障害物判定部１７に出力する。送信された検出用レーザ光が雲等の障害物に吸収または散乱されていると、受信レベルは低くなる。
【００３６】
障害物判定部１７は、受信レベル計測部１６からの受信レベルの計測値を取得し、その計測値に基づいてレーザ光を減衰させる障害物の有無を判定し、制御部５に判定結果を表す判定信号を出力する。
【００３７】
計測値が所定値より低い場合は、送信された検出用レーザ光が雲等により吸収または散乱されているので、障害物判定部１７は、衛星と地上局間には雲等が存在すると判断し、制御部５にその旨を通知する。
【００３８】
通知を受けた制御部５は衛星情報記憶部３から再度衛星の位置情報を取得し、地上局位置情報記憶部４から次の地上局の位置情報を取得する。そして、制御部５は、新たに取得した衛星の位置情報、衛星の姿勢情報、および新たに取得した次の地上局の位置情報に基づいて検出用送信光学系１２内の検出用レーザ方向制御機構に制御信号を出力する。
【００３９】
制御信号を受けた検出用レーザ方向制御機構は、検出用コリメータレンズの向きを調整し、検出用レーザ光の方向を次の地上局の方向に向ける。また、受信用レーザ方向制御機構にも制御信号を出力し受信用コリメータレンズの向き調節を行うことにより、反射光を正確に受信できるように検出用受信光学系１４の方向を制御する。
【００４０】
また、制御部５は通信用光増幅器１１の増幅率をゼロ付近のまま維持し、通信用レーザ光が送信されないようにするとともに、検出用光増幅器１０の増幅率を所定の値のまま維持し、検出用レーザ光は検出用光増幅率１０で増幅され地上局に送信される。
【００４１】
計測値が所定値より高い場合は、送信された検出用レーザ光が雲等により吸収または散乱されておらず、障害物判定部１７は、衛星と地上局間には雲等が存在しないと判断し、制御部５にその旨を通知する。
【００４２】
通知を受けた制御部５は衛星情報記憶部３から再度衛星の位置情報を取得し直す。そして、制御部５は、新たに取得した衛星の位置情報、姿勢情報、および検出用レーザ光を送信した地上局の位置情報に基づいて通信用送信光学系１３内の通信用レーザ方向制御機構に制御信号を出力する。
【００４３】
ここで、制御部５が再度衛星情報を取得し直し新しい情報に基づいて通信用レーザ光の方向制御を行うのは、検出用レーザ光を送信してから通信用レーザ光を送信するまでの間にはタイムラグが存在し、その間も衛星自身は常に移動しているので、検出用レーザ光を送信する時と通信用レーザ光を送信する時とでは衛星から見た地上局の方向に多少ずれが生じるためである。
【００４４】
制御信号を受けた通信用レーザ方向制御機構は、通信用コリメータレンズの向きを調整し、通信用レーザ光の方向を先ほど検出用レーザ光を送信した地上局の方向に向ける。
【００４５】
また、制御部５は検出用光増幅器１０の増幅率をゼロ付近とし、検出用レーザ光が送信されないようにするとともに、通信用光増幅器１１の増幅率を所定の値とし、通信用光源８から出力された通信用レーザ光が通信用光増幅器１１で増幅され、通信用光学系１３から地上局に送信される。
【００４６】
なお、上記所定値については任意に定めてよいものとし、時期、天候等の変化に応じて柔軟に定めることもできる。また、送信された検出用レーザ光の出力レベルと反射光の受信レベルとの比に基づいて所定値を決定してもよい。
【００４７】
本発明の動作について図３を用いて説明する。図３は、本発明の動作を表すフロー図を示す。
【００４８】
まず、制御部５は、衛星情報記憶部３から衛星の位置情報および衛星の姿勢情報を取得する（ステップＳ１）。また、制御部５は、地上局位置情報記憶部４から地上局の位置情報を取得する（ステップＳ２）。
【００４９】
制御部５は、衛星の位置情報、姿勢情報および地上局の位置情報に基づいて、検出用レーザ方向制御機構と受信用レーザ方向制御機構に制御信号を出力し、検出用レーザ光の光軸方向が地上局の方向になるよう制御を行う。また、検出用受信光学系１４が反射光の方向を向き、反射光を正確に受信できるよう方向制御を行う（ステップＳ３）。
【００５０】
また制御部５は、通信用光増幅器１１の増幅率をゼロ付近にして通信用レーザ光が送信されないようにするとともに、検出用光増幅器１０の増幅率を所定の値に設定し、検出用レーザ光の出力レベルを増幅する（ステップＳ４）。
【００５１】
増幅された検出用レーザ光は、検出用送信光学系１２内の検出用コリメータレンズで平行光線にされて地上局に送信される（ステップＳ５）。
【００５２】
送信された検出用レーザ光は、雲等または地上から反射され、検出用受信光学系１４はその反射光を受信する（ステップＳ６）。そして、受信された反射光は光電気変換器１５により光信号から電気信号に変換される（ステップＳ７）。
【００５３】
受信レベル計測部１６は電気変換された受信信号のレベル（電圧レベル）を計測する（ステップＳ８）。そして、受信レベルの高低に基づいて衛星と地上局との間に雲等が存在するかどうかについて障害物判定部１７で判定される（ステップＳ９）。
【００５４】
雲等が存在すると判定する受信レベルと雲等が存在しないとする受信レベルとをどのように定めるかは任意であるが、例えば、予めそれぞれの地上局と何回かトレーニング通信を行っておき、その際に得られた受信レベル値を参考値として記憶する。そして、それらの値から雲等が存在する受信レベル範囲と雲等が存在しない受信レベルの範囲を算出しておき、その範囲内に入るかどうかで雲等の有無を判断するとしてもよい。
【００５５】
なお、上記トレーニング通信を行うにあたり、通信を行う時期、天候、気候、検出用レーザ光の送信レベル等を組み合わせて受信レベルの範囲を算出してもよい。
【００５６】
雲等が存在すると判定された場合（ステップＳ９−Ｙｅｓ）、障害物判定部１７はその旨を制御部５に通知する。そして制御部５は再度衛星の位置情報、姿勢情報、及び次の通信対象となる地上局についての位置情報を取得する。そして、それら情報に基づいて上記と同様に検出用レーザ光の光軸方向が次の地上局の方向になるように制御する（ステップＳ１〜Ｓ３）。
【００５７】
また、次の地上局には検出用レーザ光を送信するので、検出用光増幅器１０の増幅率、通信用光増幅器１１の増幅率には特段の変化を加えない（すなわち、通信用光増幅器１１の増幅率をゼロ付近のまま維持する）。そして、次の地上局の方向へ検出用レーザ光を送信する（ステップＳ４、Ｓ５）。以下Ｓ６〜Ｓ９までのステップが上記と同様に行われ、衛星との間に雲等が存在しない地上局を選択するまでステップＳ１〜Ｓ９の処理は繰り返される。
【００５８】
雲等が存在しないと判定された場合（ステップＳ９−Ｎｏ）、障害物判定部１７はその旨を制御部５に通知する。そして制御部５は再度衛星位置情報、衛星姿勢情報を取得する（ステップＳ１０）。そしてそれら情報とステップＳ２で取得した地上局の位置情報とに基づいて、通信用レーザ光方向を地上局の方向にする制御を行う（ステップＳ１１）。
【００５９】
また、制御部５は、検出用光増幅器１０の増幅率をゼロ付近にして検出用レーザ光が送信されないようにするとともに、通信用光増幅器１１の増幅率を所定の値に変化させて通信用レーザ光の出力レベルを増幅させる（ステップＳ１２）。
【００６０】
そして、光通信装置は、通信用レーザ光を地上局に送信してデータ通信を行う（ステップＳ１３）。
【００６１】
以上の構成によれば、衛星内に搭載される光通信装置から地上局へ検出用レーザ光を送信し、その反射光の受信レベルを実際に計測することにより雲等の有無を判定して地上局の選択を行っているので、気象情報からは検出できない局所的に発生する雲等の位置についても検出でき、それらの影響を受けない良好な光通信が行える地上局を正確に選択することが可能となる。
【００６２】
また、本発明は気象情報や目視を必要としないため、膨大な気象情報データを処理することが不要となり、さらに雲等が存在するかどうかについて人の判断による決定のばらつきをなくすことができるので、迅速かつばらつきのない高品質な通信が可能な地上局を選択することができる。そして、膨大な気象情報データを格納するメモリ、そのデータを処理する処理装置も不要となるのでコストを削減することができ、さらに目視も不要であるので人の労力を軽減することもできる。
【００６３】
さらには、本発明は光通信を用いているため、電波による通信と比べ、大容量のデータのやりとりが可能となる。
【００６４】
実施の形態２．
本実施の形態においては、検出用レーザ光と反射光とを利用して、衛星と検出用レーザ光が反射された対象物（雲等または地上）との間の距離を求めることにより衛星と地上局との間に雲等が存在するかを判別し、雲等のない良好な通信ができる地上局を選択する。
【００６５】
図４、図５は、実施の形態２に係る光通信装置の概略構成図を示す。実施の形態１に相当する部分には図２と同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態２は実施の形態１と比べて、受信レベル計測部１６の代わりにレーザ測距部１８が設けられた構成となっている。
【００６６】
レーザ測距部１８は、検出用レーザ光と反射光とを利用して、衛星と検出用レーザ光が反射される対象物との間の距離を測定（測距）する。レーザ測距の方式には、パルス方式と、ＣＷ変調方式とがあるが、本実施の形態においてはいずれを用いてもよい。
【００６７】
図４は、パルス方式を用いて測距を行う場合の概略構成図を示す。パルス方式とは、検出用レーザ光を断続的に（パルス状に）送信し、対象物からの反射光を受信するまでの時間を求めることにより測距を行う方式である。
【００６８】
パルス方式で測距を行う場合、レーザ測距部１８は、カウンタ部１８−１と、クロック発生部１８−２と、演算部１８−３とから構成される。
【００６９】
カウンタ部１８−１は、検出用変調信号発生器７からの変調信号が入力されると、クロック発生部１８−２で発生されるクロックのカウントを開始する。検出用変調信号発生器７は、検出用レーザ光を送信するタイミングになると変調信号を出力するので、カウンタ部１８−１がカウントを開始するタイミングは、検出用レーザ光を送信するタイミングであるといえる。
【００７０】
また、カウンタ部１８−１は、光電気変換器１５から出力された電気信号を受け取ると、クロックのカウントを停止する。そして、クロックのカウント数Ｎｃを算出する。カウンタ部１８−１がカウントを停止するタイミングは、検出用レーザ光が反射され、その反射光を受信するタイミングであるといえる。
【００７１】
演算部１８−３は、カウンタ部１８−１からカウント数Ｎｃを取得し、この情報と、予め記憶していたクロック発生部１８−２で発生されるクロック周期ｔｃ、および光速度ｃを用いて、式（１）から距離を計算する。そして、計算した測定距離を、障害物判定部１７に通知する。
【００７２】
【数１】
2012039285.tif 000003
【００７３】
図５は、ＣＷ変調方式を用いて測距を行う場合の概略構成図を示す。ＣＷ変調方式とは、ＣＷレーザ光を変調して送信し、対象物から反射された変調光との位相差から測距を行うＣＷ変調方式である。
【００７４】
ＣＷ方式で測距を行う場合、レーザ測距部１８は、光電気変換器１８−４と、第１の周波数変換部１８−５と、第２の周波数変換部１８−６と、演算部１８−７とから構成される。なお、光電気変換器１８−４はレーザ測距部１８の構成としたが、例えば光送受信部１００内にあってもよく、また光送受信部１００内の光電気変換器１５を用いて光電気変換を行ってもよい。
【００７５】
光電気変換器１８−４は、検出用光源６から出力された検出用レーザ光が検出用変調信号により強度変調された変調光を電気信号に変換して第１の周波数変換部１８−５に出力する。
【００７６】
第１の周波数変換部１８−６は、具体的には、フィルタ、アンプ、局所発信器、ミキサ等から構成され、光電気変換器１８−４から出力された電気信号の周波数を低周波化する。
【００７７】
第２の周波数変換部１８−６は、第１の周波数変換部１８−６と同様の構成であり、光電気変換器１５から出力される電気信号の周波数を低周波化する。
【００７８】
演算部１８−７は、第１の周波数変換部１８−５から出力される電気信号と、第２の周波数変換部１８−６から出力される電気信号とから、これらの位相差を算出し、対象物までの距離を計算する。例えば位相差をΔθとし、検出用レーザ光の波長をλ、対象物までの距離をＬとすると、式（２）よりＬの値が計算できる。
【００７９】
【数２】
2012039285.tif 000004
【００８０】
なお、上記計算では検出用光源６から検出用送信光学系１２までの距離、検出用光源６から演算部１８−７までの距離、検出用受信光学系１４から演算部１８−７までの距離については無視している。
【００８１】
雲等による影響が小さく良好な通信を行える地上局を選択の仕方について図１を用いて説明する。実施の形態１の場合と同様に、衛星１００に搭載された光通信装置（図１に図示なし）は、地上局２００ａに検出用レーザ光３００ａを送信し、反射光４００ａを受信する。そして、それらの時間差情報（パルス方式）または位相差情報（ＣＷ変調方式）を利用して衛星１００と雲Ａとの間の距離を計測する。
【００８２】
衛星１００と地上局２００ａとの間の距離情報は予め決定されており、その距離値と測距した距離の値との比較により雲等の存在の有無を判断する。測距値が決定値と等しければ雲等がないと判定し、測距値が決定値よりも小さければ雲等があると判定する。
【００８３】
なお、衛星１００と地上局２００ａとの間の距離情報は、予め衛星内のメモリに格納してもよいし、衛星の位置情報と地上局の位置情報とを用いて動的に計算してもよい。その場合、障害物判定部１７は、衛星情報記憶部３から衛星の位置情報を取得し、地上局位置情報記憶部４から地上局の位置情報を取得する必要がある。
【００８４】
続いて、衛星１００は地上局２００ａとの間には雲等が存在すると判断し、地上局２００ｂに検出用レーザ光３００ｂを送信し、同様に測距を行う。地上局２００ｂとの間にも雲等が存在すると判断するので、衛星１００は地上局２００ｃに検出用レーザ光３００ｃを送信する。
【００８５】
地上局２００ｃとの間には雲等が存在しないので、測距値が正しい値となり、衛星１００は地上局２００ｃとの間に雲等が存在しないと判断し、地上局２００ｃを選択して通信を行う。
【００８６】
なお、各地上局にそれぞれ検出用レーザ光を順番に送信して反射光を受信し、その中で測距値が正しい値となり、かつ、最も距離が近い地上局を選択するという方法を用いてもよい。そうすることにより、雲等が存在せず最も距離が近い地上局と通信を行うことができ、Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ）比の大きい高品質な通信を行うことが可能となる。衛星１００や雲等の移動方向を考慮して地上局を選択してもよい。
【００８７】
また、光通信装置内に複数の検出用レーザ光送信部を設けて、同時に複数の地上局に検出用レーザ光を送信し、各地上局からの反射光を受信してその中から最も測距値が最適な値を有する反射光に対応する地上局を選択してもよい。
【００８８】
測距による距離情報と受信レベル情報とを組み合わせて雲等の有無の判別を行ってもよい。図６は、レーザにより雲等までの距離を測定するレーザ測距部１８と、検出用レーザ光の雲等または地上からの反射光の受信レベルの高低を測定する受信レベル計測部１６とを備えた構成の光通信装置を示す。
【００８９】
検出用受信光学系１４で受信された反射光は、光電気変換器１５により電気信号に変換され、受信レベル計測部１６とレーザ測距部１８とに出力される。
【００９０】
受信レベル計測部１６では、実施の形態１で説明したように、電気変換された受信信号のレベルを計測し、その結果を障害物判定部１７へ出力する。
【００９１】
レーザ測距部１８では、上述したように、検出用変調信号と受信信号とに基づいて衛星と雲等（または地上）との距離を計測し、その結果を障害物判定部１７へ出力する。
【００９２】
障害物判定部１７は、受信レベル計測部１６とレーザ測距部１８からのそれぞれの情報に基づいて衛星と地上局との間に雲等が存在するかどうかを判定する。例えば、受信レベルが所定の値よりも高く、測距値も正常値近くであれば雲等なしである、というように判定を行ってもよい。
【００９３】
このように、受信レベル情報と測距情報との両方を用いることにより、より正確に雲等が存在するかどうかを判別することができ、雲等の影響を受けない良好な通信を行える地上局を選択できる精度が向上する。例えば、衛星と雲等との間にほとんど反射が起きないような薄い雲が存在する場合には、測距情報では衛星−地上間の距離が測定されるが、受信レベルは雲等が存在しない場合と比べて低くなるので、測定者は、薄い雲が存在することを認識することができ、その地上局は適さないと判断できるようになる。
【００９４】
なお、図６においてはパルス方式による測距を行う場合の光通信装置の構成を図示しているが、これに限るものではなく、上述したようなＣＷ変調方式でもって測距を行うこととしてもよい。
【００９５】
以上の構成によれば、衛星内に搭載される光通信装置から地上局へ検出用レーザ光を送信し、対象物からの反射光を受信し、対象物までの距離を実際に計測することにより雲等の有無を判定して地上局の選択を行っているので、気象情報からは検出できない局所的に発生する雲等の位置についても検出でき、それらの影響を受けない良好な光通信が行える地上局を正確に選択することが可能となる。
【００９６】
また、本実施の形態では、対象物までの実際の距離を計測するので、反射光の受信レベルという指標では雲等の有無が明確に判別できない場合についても正確に雲等の有無を判別することができる。例えば、悪天候で雨量が多く雨によるレーザ光の吸収量が大きい場合や、環境変化により地上からの反射率が悪くなった場合等では、反射光からの受信レベルが通常よりも低くなってしまい正確に雲等の有無を判定することが困難となる。しかし、本実施の形態では対象物までの実際の距離を見て雲等の有無を判断するので、環境の変化に左右されず正確に雲等が存在しない地上局を選択できる。
【００９７】
さらに、対象物までの距離についての情報と反射光の受信レベルについての情報を組み合わせて雲等の有無を判別することにより、雨の多い悪天候等の条件においても雲等の有無についての判別精度を向上させることができる。
【００９８】
実施の形態３．
本実施の形態に係る光通信装置の概略構成図を図７に示す。実施の形態１に相当する部分には図２と同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態２は実施の形態１と比べて、光スイッチが追加された構成となっている。
【００９９】
光スイッチ１９は、検出用光源６から入力される光と通信用光源８から入力される光とのいずれか一方を、制御部５からの制御信号に基づいて選択し、単一の光増幅器２０へ出力する。
【０１００】
光スイッチ２１は、光スイッチ１９から出力され、光増幅器２０でパワーが増幅された光の入力を受け、その入力光を、制御部５からの制御信号に基づいて検出用送信光学系１２または通信用送信光学系１３のいずれか一方に出力する。
【０１０１】
なお、光スイッチ１９、２１は、一般に光スイッチとして用いられる、メカニカル光スイッチ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）光スイッチ、光導波路式光スイッチ等により実現が可能である。
【０１０２】
検出用レーザ光と通信用レーザ光の切り替え動作について説明する。
【０１０３】
検出用レーザ光を地上局に送信する場合、上述したように、制御部５は取得した衛星の位置情報、衛星の姿勢情報、地上局の位置情報とに基づいて制御信号を出力し検出用送信光学系１２と検出用受信光学系の方向制御を行う。
【０１０４】
そして、制御部５は光スイッチ１９にも制御信号を出力し、光スイッチ１９はその制御信号に基づいて検出用光源６から出力される検出用レーザ光を光増幅器２０に出力する。また、制御部５は光スイッチ２１にも制御信号を送り、光スイッチ２１はその制御信号に基づいて、入力されてきた検出用レーザ光を検出用送信光学系１２に出力する。
【０１０５】
反射光の受信レベルを受信レベル計測部１６で計測し、障害物判定部１７が雲等が存在すると判定した場合、制御部５は光スイッチ１９と光スイッチ２１に対し制御信号を出力せず、レーザ光経路の切り替えを行わないようにする。一方、障害物判定部１７が雲等が存在しないと判定した場合、制御部５は光スイッチ１９と光スイッチ２１に制御信号を出力し、光スイッチ１９は、通信用光源８から出力される通信用レーザ光を単一の光増幅器２０に出力するよう切り替える。また、光スイッチ２１はその制御信号に基づいて、入力されてきた通信用レーザ光を通信用送信光学系１３に出力する。
【０１０６】
なお、検出用レーザ光と通信用レーザ光の増幅率が異なる場合は、さらに制御部５から光増幅器２０に制御信号を送り、光増幅率の切り替えを行うこととしてもよい。
【０１０７】
以上の構成によれば、衛星内に搭載される光通信装置から地上局へ検出用レーザ光を送信し、その反射光の受信レベルを実際に計測することにより雲等の有無を判定して地上局の選択を行っているので、気象情報からは検出できない局所的に発生する雲等の位置についても検出でき、それらの影響を受けない良好な光通信が行える地上局を正確に選択することが可能となる。
【０１０８】
また、検出用レーザ光と通信用レーザ光との切り替えに光スイッチを利用しているので、実施の形態１と比べて、光増幅器の設置台数を減らして設備コストの削減、消費電力の低減、設置面積の減少を図ることが可能となる。
【０１０９】
なお、実施の形態２における光通信装置においても、検出用レーザ光と通信用レーザ光との切り替えに光スイッチを利用してもよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１                    ＧＰＳ受信機
２                    ＩＮＳ
３                    衛星情報記憶部
４                    地上局位置情報記憶部
５                    制御部
６                    検出用光源
７                    検出用変調信号発生器
８                    通信用光源
９                    通信用変調信号発生器
１０                  検出用光増幅器
１１                  通信用光増幅器
１２                  検出用送信光学系
１３                  通信用送信光学系
１４                  検出用受信光学系
１５                  光電気変換器
１６                  受信レベル計測部
１７                  障害物判定部
１８                  レーザ測距部
１８−１                カウンタ部
１８−２                クロック発生部
１８−３                演算部
１８−４                光電気変換器
１８−５                第１の周波数変換部
１８−６                第２の周波数変換部
１８−７                演算部
１９                  光スイッチ
２０                  光増幅器
２１                  光スイッチ
５０                  光送受信部
１００                衛星
２００ａ〜ｅ          地上局
３００ａ〜ｅ          検出用レーザ光
４００ａ〜ｅ          反射光
【図１】
2012039285.tif 000005
【図２】
2012039285.tif 000006
【図３】
2012039285.tif 000007
【図４】
2012039285.tif 000008
【図５】
2012039285.tif 000009
【図６】
2012039285.tif 000010
【図７】
2012039285.tif 000011