(57)【要約】【課題】改善された宇宙監視用の傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）のための方法、システム、および装置を提供すること。【解決手段】宇宙監視用のシステム、方法、および装置が本明細書に開示される。1つ以上の実施形態では、開示される方法は、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の少なくとも1つの衛星上の少なくとも1つのセンサによって、動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンするステップを含む。1つ以上の実施形態では、スキャンするステップは、可変レートであり、可変レートは、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まる。少なくとも一実施形態では、ターゲットドウェル時間は、少なくとも1つのセンサから着目するターゲットまでの距離の関数であり、また太陽位相角の関数である。一部の実施形態では、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）の傾斜軸は、太陽位相角の関数である。【選択図】図1A
2017047881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙監視用の方法であって、前記方法が、
傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）（2010）内の少なくとも1つの衛星（140）上の少なくとも1つのセンサ（130）によって、動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンするステップ（1320）
を含み、
前記スキャンするステップが、可変レートであり、可変レートが、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まり、
前記ターゲットドウェル時間が、前記ターゲットの特性輝度の関数である、宇宙監視用の方法。
【請求項２】
前記傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）（2010）の傾斜軸が、地球不可視域に起因する性能低下を最小にするように選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記ターゲットドウェル時間が、さらに、前記少なくとも1つのセンサから着目する前記ターゲットまでの距離の関数及び太陽位相角（110）の関数である、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記ラスタースキャンが、少なくとも1回のスイープを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも1回のスイープが、連続スイープである、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも1つのセンサの前記動眼視野（FOR）（1320）が、太陽と前記少なくとも1つの衛星との間における幾何形状の関数及び前記少なくとも1つの衛星が指向する角度の関数である、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
宇宙監視用のシステムであって、前記システムが、
傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の少なくとも1つの衛星（140）と、
動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンする（1320）ための前記少なくとも1つの衛星（140）上の少なくとも1つのセンサ（130）と、
を備え、
前記スキャンするステップが、可変レートであり、可変レートが、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まり、
前記ターゲットドウェル時間が、前記ターゲットの特性輝度の関数である、宇宙監視用のシステム。
【請求項８】
前記傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）（2010）の傾斜軸が、地球不可視域に起因する性能低下を最小にするように選択される、請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
前記ターゲットドウェル時間が、さらに、前記少なくとも1つのセンサ（130）から着目する前記ターゲットまでの距離の関数及び太陽位相角（110）の関数である、請求項7に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ラスタースキャンが、少なくとも1回のスイープを含む、請求項7に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、宇宙監視に関する。具体的には、改善された宇宙監視用の傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、宇宙監視用のセンサは、一般に、ステップ−ステアアプローチを利用している。ステップ−ステアアプローチは、一連の視野（field−of−view，FOV）をわずかにオーバーラップさせながら撮像して、より大きい動眼視野（field−of−regard，FOR）を監視するものである。センサの向きを変えて次の視野（FOV）位置に向け、向きを変えた後に外乱が収まるのを待つのには別途時間がかかる。しかしながら、動眼視野中を定スルーレートで連続的にスキャンする方法であれば、この付加的な所要時間を最小にできる。定スルーレートを使用することにより、動眼視野の多くの部分においては要求よりも良い性能をもたらすこともあるが、他の部分では不十分な性能となることもあるため、定スルーレートは、時間の最適利用には程遠いものとなり得る。このため、宇宙監視用のセンサのために改善された技法が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、改善された宇宙監視用の傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）のための方法、システム、および装置に関する。1つ以上の実施形態では、宇宙監視用の方法は、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の少なくとも1つの衛星上の少なくとも1つのセンサによって、動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンするステップを含む。1つ以上の実施形態では、スキャンするステップは、可変レートであり、可変レートは、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まる。少なくとも一実施形態では、ターゲットドウェル時間は、ターゲットの特性輝度の関数である。
【０００４】
少なくとも一実施形態では、ターゲットドウェル時間は、さらに、少なくとも1つのセンサから着目するターゲットまでの距離の関数であり、また太陽位相角の関数である。
【０００５】
1つ以上の実施形態では、ラスタースキャンは、少なくとも1回のスイープを含む。少なくとも一実施形態では、少なくとも1回のスイープは、連続スイープである。
【０００６】
少なくとも一実施形態では、少なくとも1つのセンサの動眼視野（FOR）は、太陽と少なくとも1つの衛星との間における幾何形状の関数であり、また少なくとも1つの衛星が指向する角度の関数である。
【０００７】
1つ以上の実施形態では、本方法は、スキャンするステップの間、少なくとも1つのセンサによって、画像フレームを経時的に収集するステップをさらに含む。少なくとも一実施形態では、画像フレームは、オーバーラップする。
【０００８】
少なくとも一実施形態では、スーパー静止地球軌道（super−GEO）は、軌道周期の大部分において、静止地球軌道（GEO）の半径よりも大きい半径を有する軌道である。
【０００９】
1つ以上の実施形態では、ラスタースキャンに要する時間は、少なくとも1つのセンサの開口直径と、ターゲットドウェル時間とによって決まる。
【００１０】
少なくとも一実施形態では、ラスタースキャンに要する時間は、さらに、少なくとも1つのセンサの高度によって決まる。
【００１１】
1つ以上の実施形態では、ラスタースキャンに要する時間は、さらに、少なくとも1つのセンサの瞬時視野（instantaneous field of view，IFOV）によって決まる。
【００１２】
少なくとも一実施形態では、本方法は、画像フレームのうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルを検出閾値と比較するステップをさらに含む。1つ以上の実施形態では、本方法は、画像フレームのうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルが、検出閾値を超えた場合、着目するターゲットが存在すると判定するステップをさらに含む。一部の実施形態では、本方法は、画像フレームのうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルが、検出閾値を超えない場合、着目するターゲットが存在しないと判定するステップをさらに含む。
【００１３】
少なくとも一実施形態では、2つ以上の衛星が存在する場合、本方法は、衛星のうちの少なくとも1つが、他の衛星のうちの少なくとも1つのセンサのうちの少なくとも1つの性能が低い、所望のスキャン領域の少なくとも一部をスキャンするステップをさらに含む。
【００１４】
1つ以上の実施形態では、宇宙監視用のシステムは、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内に少なくとも1つの衛星を含む。本システムは、少なくとも1つの衛星上に少なくとも1つのセンサをさらに含んで、動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンする。1つ以上の実施形態では、スキャンするステップは、可変レートであり、可変レートは、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まる。少なくとも一実施形態では、ターゲットドウェル時間は、ターゲットの特性輝度の関数であり、これは、ターゲットまでの距離、観測幾何形状、および太陽照射角を含む、観測幾何形状因子と関連して、動眼視野（FOR）を通して変化する。
【００１５】
少なくとも一実施形態では、スキャンするステップの間、少なくとも1つのセンサは、画像フレームを経時的にさらに収集する。
【００１６】
1つ以上の実施形態では、少なくとも1つのセンサは、さらに、画像フレームのうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルを検出閾値と比較する。少なくとも一実施形態では、少なくとも1つのセンサは、さらに、画像フレームのうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルが検出閾値を超える場合、着目するターゲットが存在すると判定する。一部の実施形態では、少なくとも1つのセンサは、さらに、画像フレームのうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルが検出閾値を超えない場合、着目するターゲットが存在しないと判定する。
【００１７】
少なくとも1つの実施形態では、宇宙監視用の方法は、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の少なくとも1つの衛星上の少なくとも1つのセンサによって、動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンするステップを含む。1つ以上の実施形態では、スキャンするステップは、可変レートであり、可変レートは、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まる。少なくとも一実施形態では、ターゲットドウェル時間は、ターゲットの特性輝度の関数である。
【００１８】
1つ以上の実施形態では、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）の傾斜軸は、地球不可視域（earth exclusion）に起因する性能低下を最小にするように選択される。
【００１９】
少なくとも一実施形態では、宇宙監視用のシステムは、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）内に少なくとも1つの衛星を含む。本システムは、少なくとも1つの衛星上に少なくとも1つのセンサをさらに含んで、動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンする。1つ以上の実施形態では、スキャンするステップは、可変レートであり、可変レートは、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まる。少なくとも一実施形態では、ターゲットドウェル時間は、ターゲットの特性輝度の関数であり、これは、ターゲットまでの距離、観測幾何形状、および太陽照射角を含む、観測幾何形状因子と関連して、動眼視野（FOR）を通して変化する。
【００２０】
特徴、機能、および利点は、本開示の様々な実施形態において独立に達成できる、またはさらに他の実施形態と組み合わせてもよい。
【００２１】
本開示のこれらおよび他の特徴、実施態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面を読めば、より良く理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、太陽と、開示された宇宙監視用のシステムのために利用され得る衛星上のセンサとの間の太陽位相角を示す図である。
【図１Ｂ】本開示の少なくとも一実施形態による、球体からの相対反射光量を太陽位相角の関数として示すグラフである。
【図２】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのためのセンサによって実行され得る例示的なラスタースキャンを示す図である。
【図３Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのためのセンサによって収集され得る時系列の画像フレームを示す図である。
【図３Ｂ】本開示の少なくとも一実施形態による、スキャンした領域の一連のストリップを示す図である。
【図４Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための最適化された時変スルーレートに関して、目標最小検出可能ターゲット（MDT）サイズの関数として監視サイクル時間を示すグラフである。
【図４Ｂ】定スルーレートに関して、目標最小検出可能ターゲット（MDT）サイズの関数として監視サイクル時間を示すグラフである。
【図５】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための最適化された時変スルーレートを用いて、様々なセンサ高度に関して、目標最小検出可能ターゲット（MDT）サイズの関数として監視サイクル時間を示すグラフである。
【図６】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための最適化された時変スルーレートを用いて、様々な瞬時視野（IFOV）に関して、目標最小検出可能ターゲット（MDT）サイズの関数として監視サイクル時間を示すグラフである。y軸のスケールは、図5と同じである。
【図７Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図７Ｂ】本開示の少なくとも一実施形態による、動作モードWの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図７Ｃ】本開示の少なくとも一実施形態による、動作モードEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図８Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、合成覆域を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図８Ｂ】本開示の少なくとも一実施形態による、センサAの覆域を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図８Ｃ】本開示の少なくとも一実施形態による、センサBの覆域を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図８Ｄ】本開示の少なくとも一実施形態による、センサCの覆域を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図９】本開示の少なくとも一実施形態による、センサAの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図１０】本開示の少なくとも一実施形態による、センサAおよびセンサCの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図１１Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、合成覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図１１Ｂ】本開示の少なくとも一実施形態による、センサAの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図１１Ｃ】本開示の少なくとも一実施形態による、センサBの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図１１Ｄ】本開示の少なくとも一実施形態による、センサCの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図１２Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、センサAの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図１２Ｂ】本開示の少なくとも一実施形態による、傾斜軌道を利用する場合のセンサAの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図１２Ｃ】本開示の少なくとも一実施形態による、傾斜軌道を利用する場合のセンサAの覆域を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図である。
【図１３】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用の方法を示す流れ図である。
【図１４】本開示の少なくとも一実施形態による、傾斜軌道を利用する開示された宇宙監視用の方法を示す流れ図である。
【図１５】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムによって利用され得る最小検出可能ターゲット（MDT）モデルのための数式例である。
【図１６】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムによって利用され得るマルチピクセルストリーク最小検出可能ターゲット（MDT）モデルのための数式例である。
【図１７Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのために利用され得る例示的なセンサの図である。
【図１７Ｂ】本開示の少なくとも一実施形態による、図17Aの例示的なセンサの側面図である。
【図１８】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための例示的なスルーレートのプロファイルを示すグラフである。
【図１９Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための露出時間の関数としての最小検出可能ターゲット（MDT）サイズのグラフである。
【図１９Ｂ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための露出時間の関数としての最小検出可能ターゲット（MDT）絶対等級のグラフである。
【図１９Ｃ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための露出時間の関数としてのスケーリングされた雑音のグラフである。
【図２０Ａ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための例示的なスキャンを示すグラフである。
【図２０Ｂ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための例示的なスキャンを示すグラフである。
【図２０Ｃ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための例示的なスキャンを示すグラフである。
【図２０Ｄ】本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための例示的なスキャンを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書に開示される方法および装置は、スーパー静止地球軌道（super−GEO）にある軌道のためのアダプティブスキャンレート宇宙監視センサのための作動システムを提供する。加えて、本明細書に開示される本方法および装置は、改善された宇宙監視用の傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）のための作動システムを提供する。
【００２４】
上述したように、現在、宇宙監視用のセンサは、一般に、ステップ−ステアアプローチを利用している。ステップ−ステアアプローチは、一連の視野（field−of−view，FOV）をわずかにオーバーラップさせながら撮像して、より大きい動眼視野（field−of−regard，FOR）を監視するものである。センサの向きを変えて次の視野位置に向け、向きを変えた後に外乱が収まるのを待つのには別途時間がかかる。しかしながら、動眼視野中を定スルーレートで連続的にスキャンする方法であれば、この付加的な所要時間を最小にできる。定スルーレートを使用することにより、動眼視野の多くの部分においては要求よりも良い性能をもたらすこともあるが、他の部分では不十分な性能となることもあるため、定スルーレートは、時間の最適利用には程遠いものとなり得る。
【００２５】
1つ以上の実施形態では、本開示のシステムは、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星プラットフォーム上にあり、宇宙の所望のセクタをラスタースキャンする、画像センサを提供する。指向幾何形状の変更に応じてスキャンレートを調整して、センシングおよび太陽照射幾何形状の関数としてのターゲット群の特性輝度のモデルの関数として所望のターゲットドウェル時間を提供する。このモデルは、（a）監視セクタの遠方側までの距離、（b）太陽位相角、ならびに（c）ターゲット群の特性サイズおよび反射特性などの因子を含んでもよい。監視セクタは、ミッションの目標に応じて様々な方法で規定してもよい。一例には、動眼視野（FOR）内に含まれるディープスペース（Deep Space）領域がある。ここで、ディープスペースとは、5875キロメートル（km）から静止地球軌道（GEO）の半径（すなわち35，786km）よりも数百km上空までの領域を意味する。これは、セクタ箇所に頂点を有し、かつ縁部が動眼視野（FOR）によって画定される平行六面体と、5875kmから約36，000kmまでの半径の球形のシェルとの共通部分によって画定される空間である。この空間の遠方側までの距離は、動眼視野（FOR）内における位置によって決まる。
【００２６】
これらの因子に関してスキャンレートプロファイルを最適化して、監視サイクル時間を最小にすると同時に、監視される宇宙セクタのすべて所望の部分においてターゲット性能目標を確実に達成または突破する。いくつかの衛星からなるコンステレーションの各衛星の監視プロファイルを選択して、各衛星の観測幾何形状の強みをできるだけ利用して他の衛星の弱点をカバーすることによって、ターゲット再訪率を最大にし、かつ覆域の間隙をなくす。
【００２７】
本開示のシステムには、2つの主要な新規な点がある。第1の主要な新規な点は、あるコンステレーションの各衛星の監視スキャンパターンを、衛星がそれらの軌道を動き回るにつれて調整して、各衛星を最も有効に使うように、かつ個々の衛星の弱点領域を他の衛星でカバーするようにし得るということである。このような弱点領域は、不十分な位相角がもたらす幾何形状、監視セクタの遠方側にあるターゲットまでが長距離である幾何形状、または太陽、地球、もしくは月などの強い光源の近くにセンサを指向させる幾何形状によって生じる。第2の主要な新規な点は、スルーレートを監視すべきセクタの最も遠い部分までの距離および太陽位相角の関数として調整することによって、監視サイクル時間を最小にできると同時に、監視される宇宙セクタの部分においてターゲット性能目標を確実に達成または突破することである。
【００２８】
各衛星の観測幾何形状の強みを利用して他の衛星の弱点をカバーすることによって、いくつかの衛星からなるコンステレーションの各衛星の監視プロファイルを選択して、ターゲット再訪率を最大にし、かつ覆域の間隙をなくす。スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上の画像センサは、宇宙の一部をラスタースキャンする。スキャンレートを調整して、（a）宇宙セクタの遠方側までの距離、（b）太陽位相角、および（c）容易に検出することが求められる小さいサイズのターゲットの関数として所望のターゲットドウェル時間を提供する。これら3つの因子に関してスキャンレートプロファイルを最適化して、監視サイクル時間を最小にすると同時に、ターゲット性能目標を確実に達成または突破する。
【００２９】
本開示のシステムは、ターゲットの検出が容易な指向幾何形状における不要な積分時間の浪費を回避する。連続的にスキャンすることによって、本システムはまた、センサの向きを変え、外乱が収まるまでの間、撮像を停止しなければならないステップ−ステアアプローチに関わる非生産的な非撮像時間を回避する。本開示のシステムはまた、衛星が、不鮮明なターゲットを検出することが困難または不可能な幾何学的な領域を有し得る場合の問題に対処する。これらの領域は、（a）太陽の反射光の一部が非常に低い（不十分な位相角）場合、（b）監視すべき空間の遠方側にあるターゲットまでの距離が長い場合、および／または（c）背景光のレベルを高くして、背景および雑音レベルに対するターゲットのコントラストを小さくし得る、（太陽、地球、および月などの）強い光源付近または強い光源を直接指向する場合に生じ得る。本開示のシステムは、各衛星の観測幾何形状の強みをできるだけ利用して監視すべきすべての領域をカバーし、ターゲット再訪率を最大にし、かつ覆域の間隙をなくすように、衛星コンステレーションの各衛星の監視スキャンパターンを企図している。
【００３０】
ターゲットに対するドウェル時間は、センサの視野（FOV）をスキャンレートで除したものに等しいことに留意すべきである。検出性能は、ドウェル時間の増加と共に向上する。通常、検出性能は、検出確率が規定されている最小サイズターゲットによって表される（MDT＝最小検出可能ターゲット、PD＝検出確率）。検出性能は、不鮮明なターゲットでは低下する。ターゲット輝度は、距離の二乗および太陽位相角（すなわち、太陽−ターゲットの線と、センサ−ターゲットの線とのなす角）と共に減少する傾向がある。監視サイクルは、カバーすべき宇宙のセクタが及ぶ動眼視野にわたって1回の完全なラスタースキャンを実行するための所要時間を指す。本開示のシステムは、2つの主な革新を有する。第1に、スルーレートを、監視すべきセクタの最も遠い部分までの距離と、センシングおよび太陽照射幾何形状の関数としてのターゲット輝度のモデルとの関数として調整することによって、監視サイクル時間を最小にできると同時に、監視される宇宙セクタのすべての所望の部分においてターゲット性能目標を確実に達成または突破する。第2に、あるコンステレーションの各衛星の監視スキャンパターンを、衛星がそれらの軌道を動き回るにつれて調整して、各衛星を最も有効に使って、個々の衛星の弱点領域を他の衛星でカバーするようにする。
【００３１】
一部の実施形態では、本開示のシステムは、ディープスペース軌道ドメインを監視するために一緒に動作する、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）衛星のコンステレーションを提供するものであり、ディープスペース軌道ドメインは、中軌道（medium earth orbit，MEO）、高傾斜角軌道（highly inclined orbit，HIO）、静止地球軌道（GEO）、および静止地球軌道（GEO）−墓場軌道を含む。傾斜スーパー静止地球軌道（Super−GEO）は、静止地球軌道（GEO）よりも著しく高い高度にあり、かつ赤道面に対してある傾斜角を有する、略円形の軌道を指す。同じ傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）内において、円の周囲に略等間隔で離間した衛星コンステレーションは、地球および太陽不可視域（earth and solar exclusion zones）に関連するあらゆる性能ギャップを事実上なくす。地球および太陽不可視域は、単一のセンサの性能が著しく低下する領域、またはこれらの強い光源からの迷光のために単一のセンサが働くことができない領域を指す。
【００３２】
本開示のシステムは、一部の実施形態では、傾斜軌道を用いて、ターゲット物体が太陽や地球と並ぶような悪い幾何形状を回避する。傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）によって、他の衛星がカバーするには困難な幾何形状であるセンサの軌道の一部の間、地球不可視域は静止地球軌道（GEO）ベルトから離れる。
【００３３】
宇宙静止地球軌道（GEO）ベルトの監視は、非常に重要であることに留意すべきである。静止地球軌道（GEO）ベルトは、0．99〜1．01／日の平均運動、かつ離心率＜0．01、かつ最大10度の傾斜角の軌道を含むと大まかに見なされている。サブ静止地球軌道（sub-GEO）（すなわち、静止地球軌道（GEO）よりも低い軌道）内のセンサは、いかなる衛星も見ることができない太陽不可視域に対して伏せた状態にあるはずである。これらは、静止地球軌道（GEO）ベルト上の箇所であって、（a）観察するためにセンサが太陽の近くを見なければならず、そのため、目をくらますような背景光を生じる、かつ（b）見えるターゲットの側面は、主に影の中にあり、太陽に照らされておらず、非常に不鮮明である（不十分な太陽位相角）箇所である。3つ以上の衛星からなるスーパー静止地球軌道（super−GEO）のコンステレーションは、この問題を回避するものであり、それは、太陽を見るには程遠く、良好な太陽位相角を有する幾何形状の少なくとも1つのスーパー静止地球軌道（super−GEO）衛星によって、静止地球軌道（GEO）ベルト上のすべての点を見ることができるからである。
【００３４】
しかしながら、スーパー静止地球軌道（super−GEO）には、地球不可視域という新たな問題が生じる。ベルトの最も近くの部分、および最も遠くの部分を見る単一の衛星は、地球付近または地球を直接見なければならず、それによって、背景光のレベルが強くなり、その結果、コントラストが小さくなって雑音が増加し、収集性能が著しく低下する。各個々の衛星の地球不可視域は、コンステレーションの他の衛星のうちの１つによってカバーできる。しかしながら、ゼロ傾斜角のスーパー静止地球軌道（super−GEO）では、その軌道の、太陽と地球との間付近にある部分に1つの衛星がある場合、その不可視域は、軌道の離れた点にある宇宙状況認識（SSA）コンステレーション箇所の他の衛星にとっては不十分な位相角にある箇所にあり、それによって、良好な検出性能を達成することが困難になる。このことは、より多数の衛星を用いることによって部分的に克服できるが、これは費用を大幅に増やす。別のオプションは、軌道を傾斜させて、太陽に最も近い場合および最も遠い場合に、衛星が赤道面から最も遠くなるようにすることである。十分に大きい傾斜角（例えば、10度よりも大（＞10度））によって、それらの困難な幾何形状において、地球不可視域は静止地球軌道（GEO）ベルトから離れる。地球不可視域は、赤道面を通って交差する軌道の一部の間、静止地球軌道（GEO）ベルトと依然として並ぶが、これらの点では、コンステレーションの他の衛星が、好都合な幾何形状（例えば、良好な太陽位相角）でベルトのその部分を見ることができるはずである。
【００３５】
以下の説明では、システムをより徹底して説明するために、多数の詳細を説明する。しかしながら、当業者には、これらの具体的な詳細がなくても、開示されるシステムが実施され得ることが明らかなはずである。他の例では、不必要に本システムを不明瞭にしないように、周知の特徴は詳しく説明していない。
【００３６】
本開示の実施形態は、本明細書において、機能的および／または論理的構成要素の点ならびに様々な処理ステップの点から説明されることがある。このような構成要素は、特定の機能を実行するように構成される任意の数のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア構成要素によって、実現され得ることが認識されるべきである。例えば、本開示の実施形態は、様々な集積回路構成要素（例えば、メモリ素子、デジタル信号処理素子、ロジック素子、ルックアップテーブルなど）を利用してもよく、これは、１つ以上のプロセッサ、マイクロプロセッサ、または他の制御デバイスの制御下において様々な機能を実行してもよい。加えて、当業者であれば、本開示の実施形態が他の構成要素と併せて実施され得ることと、本明細書に説明されるシステムが本開示の単なる一実施形態例にすぎないこととを理解するはずである。
【００３７】
簡略にするため、宇宙監視用のセンサに関連する従来の技法および構成要素、ならびに本システムの他の機能的実施態様（および本システムの個々の動作構成要素）は、本明細書に詳細には説明されないこともある。さらに、本明細書に含まれる様々な図に示されている接続線は、様々な要素間の機能的関係および／または物理的結合の例を表すように意図されている。本開示の実施形態には、多くの代替的または追加的な機能的関係または物理的結合が存在し得ることに留意すべきである。
【００３８】
図1Aは、本開示の少なくとも一実施形態による、太陽120と、開示された宇宙監視用のシステムのために利用され得る衛星140上のセンサ130との間の太陽位相角110を示す図100である。この図では、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星140上のセンサ130が、宇宙にある物体170をセンシングするとして示されている。太陽位相角110は、太陽−物体の線150と、センサ−物体の線160との間として示されている。
【００３９】
センサ130の動作中、センサ130は、物体170を含む動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンすることに留意すべきである。スキャンは、可変レートであり、これは、着目するターゲット（例えば、物体170）を検出するためのターゲットドウェル時間によって決まる。ターゲットドウェル時間は、センサ130から着目するターゲット170までの距離の関数であり、また太陽位相角110の関数である。
【００４０】
1つ以上の実施形態では、スーパー静止地球軌道（super−GEO）は、軌道周期の大部分において、静止地球軌道（GEO）の半径よりも大きい半径を有する軌道である。スーパー静止地球軌道（super−GEO）は、略円形の軌道と、遠地点では静止地球軌道（GEO）の半径よりも高いが近地点付近では静止地球軌道（GEO）の高度未満に下がる楕円軌道との両方を含む。スーパー静止地球軌道（super−GEO）は、ほぼゼロ傾斜角の軌道と、傾斜軌道との両方を含む。
【００４１】
本開示の一部の実施形態では、スーパー静止地球軌道（super−GEO）は、静止地球軌道（GEO）よりも約20パーセント（20％）高い高度にある（例えば、1．2＊35，786km＝42，900km）。しかしながら、スーパー静止地球軌道（super−GEO）は、静止地球軌道（GEO）よりも1．05倍高い、静止地球軌道（GEO）よりも1．5倍高いなど、軌道周期の大部分において、静止地球軌道（GEO）よりも大きい半径を有する、静止地球軌道（GEO）よりも高い任意の軌道であり得ることに留意すべきである。スーパー静止地球軌道（super−GEO）はまた、遠地点では静止地球軌道（GEO）の半径よりも高いが、近地点では静止地球軌道（GEO）未満または超になり得る楕円軌道を含む。
【００４２】
一部の実施形態では、衛星140は、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）にあることに留意すべきである。位相角は、動眼視野（FOR）内の位置と共に変化する。これらの変化のプロファイルは、軌道傾斜角、ならびにその軌道内における衛星の現在位置および季節によって決まる。非ゼロ傾斜角を選ぶことにより、これらの従属関係を好適に調整して、衛星コンステレーションにとってシステムとして最良の性能を与えることができ、その結果、1つの衛星の性能が不十分であり得る空間および時間領域においては、システム内の別の衛星が良好な性能を有する。
【００４３】
図1Bは、本開示の少なくとも一実施形態による、球体からの相対反射光量を太陽位相角110（図1A参照）の関数として示すグラフ180である。この図では、グラフ180のx軸は、単位を度として太陽位相角110を表し、グラフ180のy軸は、球体からの相対反射光量を表す。そのため、グラフ180に示されているように、太陽位相角110が増加するにつれて、相対反射光量は減少する。現実の物体の輝度は、それらの三次元（3D）表面構造および表面物質の光学特性に起因して、より複雑な従属関係を有するが、物体は、一般に、より小さい位相角ではより明るく見える傾向があることに留意されたい。
【００４４】
図2は、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのためのセンサ130（図1A参照）によって実行され得る例示的なラスタースキャン200を示す図である。この図では、例示的なラスタースキャン200は、13回のスイープを含むように示されている。この例示的なラスタースキャン200では、動眼視野（FOR）は、115．7度（水平）×82．9度（垂直）である。そして、各単一の視野（FOV）210は、2．35度（水平）×5．73度（垂直）である。この例では、連続するスイープの間には0．218度のオーバーラップがあり、これは、95ピクセルに等しい。ラスタースキャン200の1回のスイープが実行された後220、次のスイープに向けて方向を反転し、所望のスルーレートに一致させ、次に続くスイープに備えてセンサを落ち着かせる。そのため、ラスタースキャン200に示されているように、ラスタースキャン200は、少なくとも1回のスイープを含む。1つ以上の実施形態では、少なくとも1回のスイープは、連続スイープである。
【００４５】
図3Aは、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのためのセンサ130（図1A参照）によって収集され得る時系列の画像フレーム310を示す図300である。この図では、時系列の画像フレーム310が示されている。センサ130（図1A参照）の動作中、スキャンの間、センサ130は、画像フレーム310を経時的に収集する。図3Aでは、画像フレーム310は、オーバーラップするとして示されている。
【００４６】
図3Bは、本開示の少なくとも一実施形態による、スキャンした領域の一連のストリップ320を示す図330である。センサ130（図1A参照）による処理中、スキャンした領域は、一連のストリップ320に分割される。各ストリップ320は、X枚（例えば、8枚）の画像フレーム310（図3A参照）内に含まれる。各ストリップ320について、ストリップ320をカバーする画像フレーム310からのセクションが抽出されて、ステアリングおよびフレーミングするカメラによる収集を模倣する、フレーム310のスタックを合成する。
【００４７】
センサ130の動作中、センサ130が画像フレーム310を収集した後、センサ130は、画像フレーム310のうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルを検出閾値と比較する。センサ130は、画像フレーム310のうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルが検出閾値を超える場合、着目するターゲットが存在すると判定する。そして、センサ130は、画像フレーム310のうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルが検出閾値を超えない場合、着目するターゲットが存在しないと判定する。
【００４８】
図4Aは、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための最適化された時変スルーレートに関して、目標最小検出可能ターゲット（MDT）サイズの関数として監視サイクル時間を示すグラフ400である。この図では、グラフ400のx軸は、単位をセンチメートル（cm）として目標最小検出可能ターゲット（MDT）を表し、グラフ400のy軸は、単位を分として監視サイクル時間を表す。
【００４９】
図4Bは、定スルーレートに関して、目標最小検出可能ターゲット（MDT）サイズの関数として監視サイクル時間を示すグラフ410である。この図では、グラフ410のx軸は、単位をセンチメートル（cm）として目標最小検出可能ターゲット（MDT）を表し、グラフ410のy軸は、単位を分として監視サイクル時間を表す。
【００５０】
グラフ400および410では、曲線420は全時間を表し、曲線430は非撮像時間を表す。非撮像時間曲線430は、それぞれ、ラスタースキャン200（図2参照）の連続する水平スイープ（水平スイープを見るには図2を参照）の間にセンサ130が方向を反転して収まるのに要する総時間を表す。
【００５１】
グラフ400および410では、40マイクロラジアン（μrad）の固定瞬時視野（IFOV）、および静止地球軌道（GEO）から八（8）百万メートル（Mm）の高さのスーパー静止地球軌道（super−GEO）における固定センサ高度を使用している。曲線420および430は、センサ130に関して異なる開口直径を利用する（例えば、本コンセプトには、25．0cmの開口サイズを使用する）ことによって変化する。グラフ400および410は、最適化されたスルーレートを用いると、監視サイクル時間が、定スルーレートを用いるよりも著しく減ることを示している。例えば、直径が25センチメートル（cm）の開口を用いることにより、90cmの最小検出可能ターゲット（MDT）における監視サイクル時間は、約半分にまで低減する。
【００５２】
図5は、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための最適化された時変スルーレートを用いて、様々なセンサ高度に関して、目標最小検出可能ターゲット（MDT）サイズの関数として監視サイクル時間を示すグラフ500である。この図では、グラフ500のx軸は、単位をセンチメートル（cm）として目標最小検出可能ターゲット（MDT）を表し、グラフ500のy軸は、単位を分として監視サイクル時間を表す。グラフ500では、40マイクロラジアン（μrad）の固定瞬時視野（IFOV）、およびセンサ130（図1A参照）に関して25．0cmの固定開口サイズを使用している。曲線510は、センサ130に関して異なる高度を利用する（例えば、本コンセプトには、8Mmのスーパー静止地球軌道（super−GEO）における高度を使用する）ことによって変化する。
【００５３】
図6は、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための最適化された時変スルーレートを用いて、様々な瞬時視野（IFOV）に関して、目標最小検出可能ターゲット（MDT）サイズの関数として監視サイクル時間を示すグラフ600である。この図では、y軸のスケールは、図5と同じである。またこの図では、グラフ600のx軸は、単位をセンチメートル（cm）として目標最小検出可能ターゲット（MDT）を表し、グラフ600のy軸は、単位を分として監視サイクル時間を表す。グラフ600では、センサ130（図1A参照）に関して8Mmのスーパー静止地球軌道（super−GEO）における固定高度、およびセンサ130に関して25．0cmの固定開口サイズを使用している。曲線610は、異なる瞬時視野を利用する（例えば、本コンセプトには、40μradの瞬時視野を使用する）ことによって変化する。
【００５４】
図7A、図7B、および図7Cは、本開示の少なくとも一実施形態による、様々な動作モードの開示された宇宙監視用のシステムの図700、750、760である。これらの図では、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上の3つのセンサA、B、Cが、地球710を周回するとして示されている。またこれらの図には、ディープスペース（DS）に向かう軌道（5875キロメートル（km））、地球不可視域、ならびに静止地球軌道（GEO）および墓場軌道が示されている。
【００５５】
図7Aは、本開示の少なくとも一実施形態による、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図700である。このモードOについての図では、太陽740の西セクタ720または東セクタ730の中には、どのセンサA、B、Cも配置されていないとして示されている。
【００５６】
図7Bは、本開示の少なくとも一実施形態による、動作モードWの開示された宇宙監視用のシステムの図750である。このモードWについての図では、太陽740の西セクタ720の中に、センサAが配置されているとして示されている。
【００５７】
図7Cは、本開示の少なくとも一実施形態による、動作モードEの開示された宇宙監視用のシステムの図760である。このモードEについての図では、太陽740の東セクタ730の中に、センサAが配置されているとして示されている。
【００５８】
図8A、図8B、図8C、および図8Dは、本開示の少なくとも一実施形態による、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図800、820、830、840である。これらの図では、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上の3つのセンサA、B、Cが、地球810を周回するとして示されている。またこれらの図には、ディープスペース（DS）に向かう軌道（5875キロメートル（km））、地球不可視域、ならびに静止地球軌道（GEO）および墓場軌道が示されている。
【００５９】
図8Aは、本開示の少なくとも一実施形態による、合成覆域850を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図800である。この図は、センサA、B、およびCからの覆域領域860、870、880（図8B、図8C、および図8D参照）を含む、合成覆域850領域を示している。
【００６０】
モードOで動作する間、各センサA、B、Cは、センサA、B、Cの衛星鉛直直下を中心に115．7度×82．9度の動眼視野（FOR）をスイープする。スイープの位相調整は、センサの間に再訪を挟み、かつ最大再訪時間を最小にするように選択され得る。動眼視野（FOR）は、地球不可視間隙の中央にある10度×19度の穴を除いて、最大10度の傾斜角までの静止地球軌道（GEO）ベルトのすべてをカバーする（合成覆域領域850参照）。これは、高度8544kmの接線高度に対応する。合成覆域850は、静止地球軌道（GEO）ベルトのすべてをカバーし、それによって、すべての点において目標最小検出可能ターゲット（MDT）またはそれ以上を達成する。合成覆域850はまた、ディープスペース（DS）のほとんど（例えば、MEO、HIO、および高傾斜角の静止地球軌道（GEO））をカバーする。
【００６１】
図8Bは、本開示の少なくとも一実施形態による、センサAの覆域を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図820である。この図は、センサAからの覆域領域860を示している。
【００６２】
図8Cは、本開示の少なくとも一実施形態による、センサBの覆域を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図830である。この図は、センサBからの覆域領域870を示している。
【００６３】
図8Dは、本開示の少なくとも一実施形態による、センサCの覆域を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図840である。この図は、センサCからの覆域領域880を示している。
【００６４】
図9は、本開示の少なくとも一実施形態による、センサAの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図900である。この図では、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上の3つのセンサA、B、Cが、地球910を周回するとして示されている。センサAは、太陽940の西セクタ920の中に配置されるとして示され、覆域領域960を有するとして示されている。この図は、センサが太陽の西セクタまたは東セクタに配置された場合（例えば、センサAは、太陽940の西セクタ920に配置されている）、他のセンサ（例えば、センサBおよびC）のそれぞれは、指示領域950における地球不可視間隙をカバーするには不十分な太陽位相角を有することを示している。
【００６５】
図10は、本開示の少なくとも一実施形態による、センサAおよびセンサCの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図である。センサAの地球不可視間隙（すなわち、指示領域950）をカバーするための解決策は、最も良い太陽位相角を有するセンサからの覆域領域を使うことである。この例では、センサCが最も良い太陽位相角を有する。センサCは、指示領域950だけを監視する。このことにより、センサCが、より長い積分時間、およびより多くの画像フレームを使用して、指示領域950に小さい最小検出可能ターゲット（MDT）を達成できる。
【００６６】
図11A、図11B、図11C、および図11Dは、本開示の少なくとも一実施形態による、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図1100、1120、1130、1140である。これらの図では、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上の3つのセンサA、B、Cが、地球1110を周回するとして示されている。またこれらの図には、ディープスペース（DS）に向かう軌道（5875キロメートル（km））、地球不可視域、ならびに静止地球軌道（GEO）および墓場軌道が示されている。
【００６７】
図11Aは、本開示の少なくとも一実施形態による、合成覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図1100である。この図は、センサA、B、およびCからの覆域領域1160、1170、1180（図11B、図11C、および図11D参照）を含む、合成覆域1150領域を示している。この図では、センサAが太陽1195の西セクタ1190内にあるとして示されていることから、動作中、モードWを利用している。
【００６８】
モードWで動作する間、太陽1195の西セクタ1190にあるセンサAと、太陽1195から最も遠い所にいるセンサBとは、衛星鉛直直下を中心に115．7度×82．9度の動眼視野（FOR）のスイープを実行することによって、モードO（図8Aの説明において上述）で動作する。センサCは、センサAの地球不可視間隙をカバーするようにその監視動眼視野（FOR）を限定する。センサCは、より長い積分時間およびより多くの画像フレームを用いて、小さい最小検出可能ターゲット（MDT）を達成する。
【００６９】
センサが太陽1195の東セクタ1192に配置されている場合には、動作中、モードEを利用することに留意すべきである。モードEがモードWとは対称的に反対に実行されることを除いて、モードEは、モードWと同様に実行される。
【００７０】
図11Bは、本開示の少なくとも一実施形態による、センサAの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図1120である。この図は、センサAからの覆域領域1160を示している。
【００７１】
図11Cは、本開示の少なくとも一実施形態による、センサBの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図1130である。この図は、センサBからの覆域領域1170を示している。
【００７２】
図11Dは、本開示の少なくとも一実施形態による、センサCの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図1140である。この図は、センサCからの覆域領域1180を示している。
【００７３】
図12Aは、本開示の少なくとも一実施形態による、センサAの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図1200である。この図では、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上の3つのセンサA、B、Cが、地球1210を周回するとして示されている。この図では、センサAは、太陽1240の西セクタ1220の中に配置されるとして示され、覆域領域1260を有するとして示されている。この図は、センサが太陽の西セクタまたは東セクタに配置された場合（例えば、センサAは、太陽1240の西セクタ1220に配置されている）、他のセンサ（例えば、センサBおよびC）のそれぞれは、指示領域1250における地球不可視間隙をカバーするには不十分な太陽位相角を有することを示している。
【００７４】
図12Bは、本開示の少なくとも一実施形態による、傾斜軌道を利用する場合のセンサAの覆域を示す、動作モードWまたはEの開示された宇宙監視用のシステムの図1270である。この図では、センサA、B、およびCは、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上にある。傾斜軌道によって、最も困難な幾何形状において、不可視域1275は静止地球軌道（GEO）ベルトから離れる。傾斜軸を選択して、センサ（例えば、センサA）が、太陽1240から最も近いおよび最も遠い軌道の部分にある場合に、不可視域1275が静止地球軌道（GEO）ベルトから最も遠くなるようにする。
【００７５】
図12Cは、本開示の少なくとも一実施形態による、傾斜軌道を利用する場合のセンサAの覆域を示す、動作モードOの開示された宇宙監視用のシステムの図1280である。この図では、センサA、B、およびCは、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上にある。センサ（例えば、センサA）が、太陽から最も近い点と最も遠い点との間にあるスーパー静止地球軌道（super−GEO）のセクションに配置される場合、その不可視域1282、1285は、静止地球軌道（GEO）ベルトとオーバーラップし始める。しかしながら、この幾何形状では、他のセンサ（例えば、センサBおよびC）は、好都合な太陽位相角を有する。
【００７６】
図13は、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用の方法1300を示す流れ図である。方法1300の開始1310において、スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上の少なくとも1つのセンサは、動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンする1320。1つ以上の実施形態では、スキャンするステップは、可変レートであり、可変レートは、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まる。少なくとも一実施形態では、ターゲットドウェル時間は、少なくとも1つのセンサから着目するターゲットまでの距離の関数であり、また太陽位相角の関数である。
【００７７】
スキャンするステップの間、少なくとも1つのセンサは、画像フレームを経時的に収集する1330。1つ以上の実施形態では、画像フレームは、オーバーラップする。
【００７８】
次いで、少なくとも1つのセンサは、画像フレームのうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルを検出閾値と比較する1340。少なくとも1つのセンサは、画像フレームのうちの少なくとも1つの検出した輝度レベルが検出閾値を超える場合、着目するターゲットが存在すると判定する1350。また、少なくとも1つのセンサは、画像フレームのうちの少なくとも1つの検出した輝度レベルが検出閾値を超えない場合、着目するターゲットが存在しないと判定する1360。その後、方法1300は、終了する1370。
【００７９】
図14は、本開示の少なくとも一実施形態による、傾斜軌道を利用する開示された宇宙監視用の方法1400を示す流れ図である。方法1400の開始1410において、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上の少なくとも1つのセンサは、動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンする1420。1つ以上の実施形態では、スキャンするステップは、可変レートであり、可変レートは、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まる。少なくとも一実施形態では、ターゲットドウェル時間は、少なくとも1つのセンサから着目するターゲットまでの距離の関数であり、また太陽位相角の関数である。1つ以上の実施形態では、傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）の傾斜軸は、その遠地点が静止地球軌道（GEO）よりも高く、かつその近地点が静止地球軌道（GEO）の半径未満または超であるが、衛星の軌道周期の大部分において、静止地球軌道（GEO）を超える半径にあるように選択される。
【００８０】
スキャンするステップの間、少なくとも1つのセンサは、画像フレームを経時的に収集する1430。1つ以上の実施形態では、画像フレームは、オーバーラップする。
【００８１】
次いで、少なくとも1つのセンサは、画像フレームのうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルを検出閾値と比較する1440。少なくとも1つのセンサは、画像フレームのうちの少なくとも1つの検出した輝度レベルが検出閾値を超える場合、着目するターゲットが存在すると判定する1450。また、少なくとも1つのセンサは、画像フレームのうちの少なくとも1つの検出した輝度レベルが検出閾値を超えない場合、着目するターゲットが存在しないと判定する1460。その後、方法1400は、終了する1470。
【００８２】
図15は、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムによって利用され得る最小検出可能ターゲット（MDT）モデルのための数式例である。この図では、閾値対雑音比（TNR）（例えば、検出閾値）のための数式1500、画素電子数（d）のための数式1510、および単一のフレーム内でターゲットを検出する確率（PZ）のための数式1520が示されている。この最小検出可能ターゲット（MDT）モデルでは、所望のPZ（単一のフレーム内でターゲットを検出する確率）を達成するターゲット信号レベルSについて解かれる。
【００８３】
図16は、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムによって利用され得るマルチピクセルストリーク最小検出可能ターゲット（MDT）モデルのための数式例を示している。この図では、画素電子数（d）のための数式1510、および単一のフレーム内でターゲットを検出する確率（PZ）のための数式1520が示されている。加えて、ストリーク内でターゲットを検出する確率（PD）のための数式1600、および収集確率（N枚の画像フレームのうちの少なくともM枚においてターゲットを検出するとして定義される）（PC）のための数式1610が示されている。
【００８４】
図17Aは、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのために利用され得る例示的なセンサ1710の図1700である。センサ1710は、3ミラーアナスティグマート（three−mirror anastigmat）を有し、かつ23．4cm直径の円に等しい開口領域を有する。
【００８５】
センサ1710は、8中5ストリークの一定誤警報率（CFAR）FPMLD法を処理できる。検出閾値は、最長2．5ピクセルのストリーク長で、95パーセントに等しいPDを提供するように設定される。高忠実度センサシミュレーションおよび検出アルゴリズム（すなわち、宇宙への打ち上げ）に根差すモデルで検出性能解析を行った。
【００８６】
図17Bは、本開示の少なくとも一実施形態による、図17Aの例示的なセンサ1710の側面図1720である。
【００８７】
図18は、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための例示的なスルーレートのプロファイルを示すグラフ1800である。この図では、グラフ1800のx軸は、単位を度として動眼視野（FOR）スキャン角を表し、グラフ1800のy軸は、1秒当たりの度（度／秒）を表す。このグラフ1800では、各曲線は、ラスタースキャン（図2のラスタースキャン200参照）のスイープのうちの1つを表す。
【００８８】
図19Aは、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのために図17Aのセンサ1710を用いる、露出時間の関数としての最小検出可能ターゲット（MDT）サイズのグラフ1900である。この図では、グラフ1900のx軸は、単位を秒として露出時間を表し、グラフ1900のy軸は、単位をセンチメートル（cm）として最小検出可能ターゲット（MDT）を表す。そのため、グラフ1900に示されているように、露出時間が増加するにつれて、最小検出可能ターゲット（MDT）サイズは減少する。
【００８９】
図19Bは、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのために図17Aのセンサ1710を用いる、露出時間の関数としての最小検出可能ターゲット（MDT）絶対等級のグラフ1910である。この図では、グラフ1910のx軸は、単位を秒として露出時間を表し、グラフ1910のy軸は、最小検出可能ターゲット（MDT）絶対等級（Mv）を表す。そのため、グラフ1910に示されているように、露出時間が増加するにつれて、最小検出可能ターゲット（MDT）絶対等級は増加する。
【００９０】
図19Cは、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのために図17Aのセンサ1710を用いる、露出時間の関数としてのスケーリングされた雑音のグラフ1920である。この図では、グラフ1920のx軸は、単位を秒として露出時間を表し、グラフ1920のy軸は、スケーリングされた雑音（露出前／後）を表す。そのため、グラフ1920に示されているように、約1秒経過後に露出時間が増加するにつれて、スケーリングされた雑音は増加する。
【００９１】
図20A〜図20Dは、本開示の少なくとも一実施形態による、開示された宇宙監視用のシステムのための例示的なスキャンを示すグラフである。特に、これらの図はそれぞれ、地球2010を周回するスーパー静止地球軌道（super−GEO）内の衛星上のセンサ2000の例示的な動眼視野（FOR）スキャン幾何形状の様々な視点からの図を示している。これらの図では、x軸、y軸、およびz軸は、それぞれ、百万メートル（Mm）の単位で距離を表す。これらの図は、静止地球軌道（GEO）の半径よりも数百メートル大きい球体内の宇宙空間として規定される、特定の監視セクタの監視を示していることに留意されたい。セクタの遠方側までの距離（すなわち、球体の側と反対方向の距離）は、動眼視野（FOR）内における指向角度の関数として変化する。
【００９２】
さらに、本開示は、以下の付記項による実施形態を含む。
【００９３】
付記項1
宇宙監視用の方法であって、前記方法が、
傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）（2010）内の少なくとも1つの衛星（140）上の少なくとも1つのセンサ（130）によって、動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンするステップ（1320）
を含み、
前記スキャンするステップが、可変レートであり、可変レートが、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まり、
前記ターゲットドウェル時間が、前記ターゲットの特性輝度の関数である、宇宙監視用の方法。
【００９４】
付記項2
前記傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）（2010）の傾斜軸が、地球不可視域に起因する性能低下を最小にするように選択される、付記項1に記載の方法。
【００９５】
付記項3
前記ターゲットドウェル時間が、さらに、前記少なくとも1つのセンサから着目する前記ターゲットまでの距離の関数であり、また太陽位相角（110）の関数である、付記項1に記載の方法。
【００９６】
付記項4
前記ラスタースキャンが、少なくとも1回のスイープを含む、付記項1に記載の方法。
【００９７】
付記項5
前記少なくとも1回のスイープが、連続スイープである、付記項4に記載の方法。
【００９８】
付記項6
前記少なくとも1つのセンサの前記動眼視野（FOR）（1320）が、太陽と前記少なくとも1つの衛星との間における幾何形状の関数であり、また前記少なくとも1つの衛星が指向する角度の関数である、付記項1に記載の方法。
【００９９】
付記項7
付記項1に記載の方法であって、本方法が、前記スキャンするステップの間、前記少なくとも1つのセンサによって、画像フレームを経時的に収集するステップをさらに含む、付記項1に記載の方法。
【０１００】
付記項8
前記画像フレームが、オーバーラップする、付記項7に記載の方法。
【０１０１】
付記項9
前記傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）が、軌道周期の大部分において、静止地球軌道（GEO）の半径よりも大きい半径を有する軌道である、付記項1に記載の方法。
【０１０２】
付記項10
前記ラスタースキャンに要する時間が、前記少なくとも1つのセンサの開口直径と、前記ターゲットドウェル時間とによって決まる、付記項1に記載の方法。
【０１０３】
付記項11
前記ラスタースキャンに要する前記時間が、さらに、前記少なくとも1つのセンサの高度によって決まる、付記項10に記載の方法。
【０１０４】
付記項12
前記ラスタースキャンに要する前記時間が、さらに、前記少なくとも1つのセンサの瞬時視野（IFOV）によって決まる、付記項11に記載の方法。
【０１０５】
付記項13
付記項7に記載の方法であって、前記方法が、前記画像フレームのうちの少なくとも1つにおける検出した輝度レベルを検出閾値と比較するステップをさらに含む、付記項7に記載の方法。
【０１０６】
付記項14
付記項13に記載の方法であって、前記方法が、前記画像フレームのうちの少なくとも1つにおける前記検出した輝度レベルが、前記検出閾値を超えた場合、着目する前記ターゲットが存在すると判定するステップをさらに含む、付記項13に記載の方法。
【０１０７】
付記項15
付記項13に記載の方法であって、前記方法が、前記画像フレームのうちの少なくとも1つにおける前記検出した輝度レベルが、前記検出閾値を超えない場合、着目する前記ターゲットが存在しないと判定するステップをさらに含む、付記項13に記載の方法。
【０１０８】
付記項16
2つ以上の前記衛星が存在する場合、前記方法が、前記衛星のうちの少なくとも1つが、他の衛星のうちの少なくとも1つの前記センサのうちの少なくとも1つの性能が低い、所望のスキャン領域の少なくとも一部をスキャンするステップをさらに含む、付記項1に記載の方法。
【０１０９】
付記項17
宇宙監視用のシステムであって、前記システムが、
傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）（2010）内の少なくとも1つの衛星（140）と、
動眼視野（FOR）にわたってラスタースキャンをスキャンする（1320）ための前記少なくとも1つの衛星（140）上の少なくとも1つのセンサ（130）と、
を備え、
前記スキャンするステップが、可変レートであり、可変レートが、着目するターゲットを検出するためのターゲットドウェル時間によって決まり、
前記ターゲットドウェル時間が、前記ターゲットの特性輝度の関数である、宇宙監視用のシステム。
【０１１０】
付記項18
前記傾斜スーパー静止地球軌道（super−GEO）（2010）の傾斜軸が、地球不可視域に起因する性能低下を最小にするように選択される、付記項17に記載のシステム。
【０１１１】
付記項19
前記ターゲットドウェル時間が、さらに、前記少なくとも1つのセンサ（130）から着目する前記ターゲットまでの距離の関数であり、また太陽位相角（110）の関数である、付記項17に記載のシステム。
【０１１２】
付記項20
前記ラスタースキャンが、少なくとも1回のスイープを含む、付記項17に記載のシステム。
【０１１３】
特定の実施形態を示しかつ説明してきたが、上記の議論は、これらの実施形態の範囲を限定することを意図するものではないことを理解すべきである。本発明の多くの実施態様の実施形態および変形を本明細書に開示し、説明してきたが、このような開示は、単に説明および例解だけの目的で提供されている。よって、特許請求の範囲から逸脱することなく様々な変更および修正をなし得る。
【０１１４】
例えば、特定の実施形態が、ソフトウェア製品など、非一時的コンピュータ可読媒体に記録されたコンピュータプログラム製品の形態の製品で説明されているが、実施形態はまた、個人または企業または行政主体によって消費される有形の財またはサービスの形態の製品を含んでもよい。
【０１１５】
さらなる例として、実施形態は、1つ以上のプログラムを含み得る独立型のアプリケーションである、または別のシステムまたはプログラムの一部である、センサアプリケーションを含んでもよい。
【０１１６】
上述の方法は、特定の事象が特定の順番で起こるものとして示しているが、本開示の利益を享受する当業者であれば、順番を変えてもよいことと、そのような修正が本開示の変形に準ずることとを認識するはずである。さらに、方法の一部は、順次実行するだけでなく、可能な場合は、並列プロセスで同時に実行してもよい。加えて、本方法のより多くの部分またはより少ない部分を行ってもよい。
【０１１７】
このように、実施形態は、特許請求の範囲に含まれる代替策、修正、および均等物を例証するように意図されている。
【０１１８】
特定の例証的実施形態および方法を本明細書で説明してきたが、当業者には、開示された技術の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、そのような実施形態および方法の変形および修正をなし得ることが上記の開示から明らかとなり得る。開示された技術の多くの他の例が存在し、それぞれ互いに細部が異なるだけである。したがって、開示された技術は、添付の特許請求の範囲および準拠法の原理原則によって要求される程度にだけ限定されることが意図されている。
【符号の説明】
【０１１９】
100  図
110  太陽位相角
120  太陽
130  センサ
140  衛星
150  太陽−物体の線
160  センサ−物体の線
170  物体、着目するターゲット
180  グラフ
200  ラスタースキャン
210  視野
220  ラスタースキャン200の1回のスイープ
300  図
310  時系列の画像フレーム
320  一連のストリップ
330  図
400  グラフ
410  グラフ
420  曲線
430  曲線
500  グラフ
510  曲線
600  グラフ
610  曲線
700  図
710  地球
720  西セクタ
730  東セクタ
740  太陽
750  図
760  図
A  センサ
B  センサ
C  センサ
O  動作モード
W  動作モード
E  動作モード
800  図
810  地球
820  図
830  図
840  図
850  合成覆域
860  合成覆域
870  合成覆域
880  合成覆域
900  図
910  地球
920  西セクタ
930  東セクタ
940  太陽
950  指示領域
960  覆域領域
1100  図
1110  地球
1120  図
1130  図
1140  図
1150  合成覆域
1160  覆域領域
1170  覆域領域
1180  覆域領域
1190  西セクタ
1192  東セクタ
1195  太陽
1200  図
1210  地球
1220  西セクタ
1230  東セクタ
1240  太陽
1250  指示領域
1260  覆域領域
1270  図
1275  不可視域
1280  図
1282  不可視域
1285  不可視域
1300  方法
1310  開始
1320  スキャンするステップ
1330  収集するステップ
1340  比較するステップ
1350  判定するステップ
1360  判定するステップ
1370  終了
1400  方法
1410  開始
1420  スキャンするステップ
1430  収集するステップ
1440  比較するステップ
1450  判定するステップ
1460  判定するステップ
1470  終了
1500  数式
1510  数式
1520  数式
1600  数式
1610  数式
1700  図
1710  センサ
1720  側面図
1800  グラフ
1900  グラフ
1910  グラフ
1920  グラフ
2000  センサ
2010  地球
【図１Ａ】
2017047881.tif 000003
【図１Ｂ】
2017047881.tif 000004
【図２】
2017047881.tif 000005
【図３Ａ】
2017047881.tif 000006
【図３Ｂ】
2017047881.tif 000007
【図４Ａ】
2017047881.tif 000008
【図４Ｂ】
2017047881.tif 000009
【図５】
2017047881.tif 000010
【図６】
2017047881.tif 000011
【図７Ａ】
2017047881.tif 000012
【図７Ｂ】
2017047881.tif 000013
【図７Ｃ】
2017047881.tif 000014
【図８Ａ】
2017047881.tif 000015
【図８Ｂ】
2017047881.tif 000016
【図８Ｃ】
2017047881.tif 000017
【図８Ｄ】
2017047881.tif 000018
【図９】
2017047881.tif 000019
【図１０】
2017047881.tif 000020
【図１１Ａ】
2017047881.tif 000021
【図１１Ｂ】
2017047881.tif 000022
【図１１Ｃ】
2017047881.tif 000023
【図１１Ｄ】
2017047881.tif 000024
【図１２Ａ】
2017047881.tif 000025
【図１２Ｂ】
2017047881.tif 000026
【図１２Ｃ】
2017047881.tif 000027
【図１３】
2017047881.tif 000028
【図１４】
2017047881.tif 000029
【図１５】
2017047881.tif 000030
【図１６】
2017047881.tif 000031
【図１７Ａ】
2017047881.tif 000032
【図１７Ｂ】
2017047881.tif 000033
【図１８】
2017047881.tif 000034
【図１９Ａ】
2017047881.tif 000035
【図１９Ｂ】
2017047881.tif 000036
【図１９Ｃ】
2017047881.tif 000037
【図２０Ａ】
2017047881.tif 000038
【図２０Ｂ】
2017047881.tif 000039
【図２０Ｃ】
2017047881.tif 000040
【図２０Ｄ】
2017047881.tif 000041
【外国語明細書】
2017047881000001.pdf