(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
識別信号と通信データを含む光信号の光空間通信を行う光トランシーバと、
前記通信データを含む無線周波数信号の無線周波数空間通信を行う無線周波数トランシーバと、
前記光トランシーバから光信号が送信されたのち、前記光トランシーバにより受信された前記光信号の後方散乱光に含まれている識別信号における信号強度の時間変化に基づいて、前記光空間通信が正常であるか否かを判定し、前記光空間通信が異常であれば、前記信号強度の時間変化に基づいて、前記光空間通信の異常要因を判定する判定部とを備え、
前記識別信号の周波数と、前記通信データの周波数帯域とが異なり、
前記光トランシーバは、
前記光信号の後方散乱光に含まれている通信データの通過を阻止して、前記後方散乱光に含まれている識別信号を抽出する識別信号抽出部と、
前記識別信号抽出部により抽出された識別信号の信号強度を算出する信号強度算出部と、
前記信号強度算出部により信号強度が算出される毎に、前記信号強度を保存することで、前記信号強度の時間変化を示す時間変化データを生成する時間変化データ生成部とを備え、
前記判定部は、
前記時間変化データ生成部により生成された時間変化データが示す時間変化に基づいて、前記光空間通信が正常であるか否かを判定し、前記光空間通信が異常であれば、前記時間変化データが示す時間変化に基づいて、前記光空間通信の異常要因を判定することを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
識別信号と通信データを含む光信号の光空間通信を行う光トランシーバと、
前記通信データを含む無線周波数信号の無線周波数空間通信を行う無線周波数トランシーバと、
前記光トランシーバから光信号が送信されたのち、前記光トランシーバにより受信された前記光信号の後方散乱光に含まれている識別信号における信号強度の時間変化に基づいて、前記光空間通信が正常であるか否かを判定し、前記光空間通信が異常であれば、前記信号強度の時間変化に基づいて、前記光空間通信の異常要因を判定する判定部とを備え、
前記光トランシーバから送信される光信号の波長と、通信相手の光空間通信装置から送信される光信号の波長とが異なり、
前記光トランシーバは、
光信号を送受信する望遠鏡と、
前記望遠鏡により受信された光信号の波長が、通信相手の光空間通信装置から送信された光信号の波長であれば、通信データを復調するためのデータ通信用光受信機に当該光信号を出力し、前記望遠鏡により受信された光信号の波長が、前記望遠鏡から送信された光信号の波長であれば、当該光信号を前記判定部に出力する波長分岐カプラとを備えていることを特徴とする光空間通信装置。
【請求項３】
前記判定部により前記光空間通信が正常であると判定されれば、前記光空間通信を有効にして、前記無線周波数空間通信を無効にし、前記判定部により前記光空間通信が異常であると判定されれば、前記無線周波数空間通信を有効にして、前記光空間通信を無効にする制御部を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光空間通信装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記時間変化データ生成部により生成された時間変化データが示す時間変化と、前記光空間通信が正常であるときの信号強度の時間変化とを比較することで、前記光空間通信が正常であるか否かの判定と、前記異常要因の判定とを行うことを特徴とする請求項１記載の光空間通信装置。
【請求項５】
光トランシーバが、識別信号と通信データを含む光信号の光空間通信を行い、
無線周波数トランシーバが、前記通信データを含む無線周波数信号の無線周波数空間通信を行い、
判定部が、前記光トランシーバから光信号が送信されたのち、前記光トランシーバにより受信された前記光信号の後方散乱光に含まれている識別信号における信号強度の時間変化に基づいて、前記光空間通信が正常であるか否かを判定し、前記光空間通信が異常であれば、前記信号強度の時間変化に基づいて、前記光空間通信の異常要因を判定し、
前記識別信号の周波数と、前記通信データの周波数帯域とが異なり、
前記光トランシーバは、
識別信号抽出部が、
前記光信号の後方散乱光に含まれている通信データの通過を阻止して、前記後方散乱光に含まれている識別信号を抽出し、
信号強度算出部が、前記識別信号抽出部により抽出された識別信号の信号強度を算出し、
時間変化データ生成部が、前記信号強度算出部により信号強度が算出される毎に、前記信号強度を保存することで、前記信号強度の時間変化を示す時間変化データを生成し、
前記判定部は、
前記時間変化データ生成部により生成された時間変化データが示す時間変化に基づいて、前記光空間通信が正常であるか否かを判定し、前記光空間通信が異常であれば、前記時間変化データが示す時間変化に基づいて、前記光空間通信の異常要因を判定することを特徴とする光空間通信方法。
【請求項６】
光トランシーバが、識別信号と通信データを含む光信号の光空間通信を行い、
無線周波数トランシーバが、前記通信データを含む無線周波数信号の無線周波数空間通信を行い、
判定部が、前記光トランシーバから光信号が送信されたのち、前記光トランシーバにより受信された前記光信号の後方散乱光に含まれている識別信号における信号強度の時間変化に基づいて、前記光空間通信が正常であるか否かを判定し、前記光空間通信が異常であれば、前記信号強度の時間変化に基づいて、前記光空間通信の異常要因を判定し、
前記光トランシーバから送信される光信号の波長と、通信相手の光空間通信装置から送信される光信号の波長とが異なり、
前記光トランシーバは、
光信号を送受信する望遠鏡と、
前記望遠鏡により受信された光信号の波長が、通信相手の光空間通信装置から送信された光信号の波長であれば、通信データを復調するためのデータ通信用光受信機に当該光信号を出力し、前記望遠鏡により受信された光信号の波長が、前記望遠鏡から送信された光信号の波長であれば、当該光信号を前記判定部に出力する波長分岐カプラとを備えていることを特徴とする光空間通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光信号の光空間通信を行う光空間通信装置及び光空間通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、光学信号を用いて、データ通信を行う光学トランシーバと、無線周波数（以下、「ＲＦ」と称する）信号を用いて、データ通信を行うＲＦトランシーバとを備えるハイブリッド通信局が開示されている。
特許文献１に開示されているハイブリッド通信局は、通信相手から送信された光学信号の光学パワーレベルを監視する。光学パワーレベルが劣化していなければ、光学トランシーバが、光学信号を用いて、データ通信を行う。
光学パワーレベルが劣化していれば、ＲＦトランシーバが、ＲＦ信号を用いて、データ通信を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５２０４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているハイブリッド通信局は、通信相手から送信された光学信号の光学パワーレベルが劣化していれば、ＲＦトランシーバが、ＲＦ信号を用いて、データ通信を行う。したがって、ハイブリッド通信局は、何らかの原因で、光学信号の通信品質が低下しても、データ通信を継続することができる。ＲＦ信号のデータ通信は、光学信号のデータ通信よりも通信レートが低いが、ＲＦ信号の通信品質は、気象条件の変動等によって低下しないため、ＲＦ信号のデータ通信の信頼性は高い。
しかし、特許文献１に開示されているハイブリッド通信局は、単に光学信号の光学パワーレベルを監視しているだけであるため、光学信号の通信品質が低下している要因を特定することができないという課題があった。【０００５】
この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、光空間通信の異常要因を特定することができる光空間通信装置及び光空間通信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る光空間通信装置は、識別信号と通信データを含む光信号の光空間通信を行う光トランシーバと、通信データを含む無線周波数信号の無線周波数空間通信を行う無線周波数トランシーバと、光トランシーバから光信号が送信されたのち、光トランシーバにより受信された光信号の後方散乱光に含まれている識別信号における信号強度の時間変化に基づいて、光空間通信が正常であるか否かを判定し、光空間通信が異常であれば、信号強度の時間変化に基づいて、光空間通信の異常要因を判定する判定部とを備え、前記識別信号の周波数と、前記通信データの周波数帯域とが異なり、前記光トランシーバは、前記光信号の後方散乱光に含まれている通信データの通過を阻止して、前記後方散乱光に含まれている識別信号を抽出する識別信号抽出部と、前記識別信号抽出部により抽出された識別信号の信号強度を算出する信号強度算出部と、前記信号強度算出部により信号強度が算出される毎に、前記信号強度を保存することで、前記信号強度の時間変化を示す時間変化データを生成する時間変化データ生成部とを備え、前記判定部は、前記時間変化データ生成部により生成された時間変化データが示す時間変化に基づいて、前記光空間通信が正常であるか否かを判定し、前記光空間通信が異常であれば、前記時間変化データが示す時間変化に基づいて、前記光空間通信の異常要因を判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、判定部が、光トランシーバから光信号が送信されたのち、光トランシーバにより受信された光信号の後方散乱光に含まれている識別信号における信号強度の時間変化に基づいて、光空間通信が正常であるか否かを判定し、光空間通信が異常であれば、信号強度の時間変化に基づいて、光空間通信の異常要因を判定するように、光空間通信装置を構成した。したがって、この発明に係る光空間通信装置は、光空間通信の異常要因を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る光空間通信装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１に係る光空間通信装置の時系列信号処理部３４を示す構成図である。
【図３】データ抽出部６８、フーリエ変換部７０、信号強度算出処理部７１及び時間変化データ生成部７２のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
【図４】時系列信号処理部３４の一部がソフトウェア又はファームウェア等で実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【図５】実施の形態１に係る光空間通信装置の判定部５１を示す構成図である。
【図６】実施の形態１に係る光空間通信装置の判定部５１及び制御部５２のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
【図７】判定部５１及び制御部５２がソフトウェア又はファームウェア等で実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【図８】信号合波器２４から出力された時系列信号、光強度変調器２６により強度変調された光及び光受信機３３により受信された後方散乱光を示す説明図である。
【図９】図９Ａは、識別信号を含んでいる期間の光信号のスペクトルを示す説明図、図９Ｂは、通信データの変調信号を含んでいる期間の光信号のスペクトルを示す説明図である。
【図１０】光トランシーバ２から送信された光信号と、光信号の後方散乱光とを示す説明図である。
【図１１】図１１Ａは、後方散乱光１０１，１０２のスペクトルを示す説明図である。図１１Ｂは、ＬＰＦ６５の通過帯域を示す説明図である。
【図１２】図１２Ａは、時刻ｔ０における高速フーリエ変換結果を示す説明図、図１２Ｂは、時刻ｔ１における高速フーリエ変換結果を示す説明図である。
【図１３】距離レンジ（０）〜（Ｎ）に対応する識別信号の信号強度の時間変化を示す時間変化データを示す説明図である。
【図１４】図１４Ａは、光空間通信が正常である場合の時間変化データを示す説明図、図１４Ｂは、光空間通信が正常であり、かつ、図１４Ａと比べて、光空間におけるエアロゾル濃度が減少した場合の時間変化データを示す説明図、図１４Ｃは、図１に示す光空間通信装置が故障して、光トランシーバ２から出力された光信号の信号強度が低下した場合の時間変化データを示す説明図、図１４Ｄは、気象が降雨又は濃霧の場合の時間変化データを示す説明図、図１４Ｅは、送信側と受信側の光空間通信装置間で光軸ずれが生じている場合の時間変化データを示す説明図、図１４Ｆは、光空間の伝送路内に遮蔽物が侵入した場合の時間変化データを示す説明図である。
【図１５】判定部５１の処理内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光空間通信装置を示す構成図である。
図１において、データインタフェース部１は、送信用の通信データをバッファリングし、また、光トランシーバ２により受信された通信データ又は無線周波数（以下、「ＲＦ」と称する）トランシーバ３により受信された通信データをバッファリングする。
送信用バッファ１１は、送信用の通信データをバッファリングするためのメモリである。
受信用バッファ１２は、光トランシーバ２により受信された通信データ又はＲＦトランシーバ３により受信された通信データをバッファリングするためのメモリである。
【００１１】
光トランシーバ２は、識別信号と通信データを含む光信号の光空間通信を実施する。
ＲＦトランシーバ３は、通信データを含むＲＦ信号のＲＦ空間通信を実施する。
【００１２】
送信用スイッチ２１は、制御部５２から、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、送信用バッファ１１によりバッファリングされている送信用の通信データをデータ変調駆動回路２２に出力する。
送信用スイッチ２１は、制御部５２から、ＲＦ空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、送信用バッファ１１によりバッファリングされている送信用の通信データをＲＦトランシーバ３の送信用バッファ４１に出力する。
【００１３】
データ変調駆動回路２２は、送信用スイッチ２１から出力された通信データを変調し、通信データの変調信号を信号合波器２４に出力する。
バースト変調駆動回路２３は、周期的にトリガ信号を発振し、トリガ信号を時系列信号処理部３４に出力する。
また、バースト変調駆動回路２３は、トリガ信号に同期して、周波数がｆ０の識別信号を信号合波器２４に出力する。
信号合波器２４は、データ変調駆動回路２２から出力された通信データを含む変調信号（以下、「変調通信データ」と称する）と、バースト変調駆動回路２３から出力された識別信号とを合波し、変調通信データと識別信号との合波信号である時系列信号を光強度変調器２６に出力する。
なお、信号合波器２４による信号の合波処理は、変調通信データと識別信号とが時系列で並ぶように、変調通信データと識別信号とを合波するものである。
【００１４】
基準光源２５は、単一周波数の光を連続発振する光源である。
基準光源２５から発振される光の波長は、図示せぬ通信相手の光空間通信装置が備える基準光源から発振される光の波長と異なる。ここでは、図示せぬ通信相手の光空間通信装置の構成は、図１に示す光空間通信装置の構成と同じであるものとする。ただし、通信相手の光空間通信装置は、光信号の光空間通信と、ＲＦ信号のＲＦ空間通信とを実施することができる装置であればよく、図１に示す光空間通信装置の構成と全く同じである必要はない。
【００１５】
光強度変調器２６は、信号合波器２４から出力された時系列信号によって基準光源２５により発振された光を強度変調し、当該強度変調により得られた光信号を蓄積型光増幅器２７に出力する。光強度変調器２６から出力される光信号は、パルス光である。
蓄積型光増幅器２７は、光強度変調器２６から出力された光信号のうち、変調通信データを含んでいる期間の増幅率よりも、識別信号を含んでいる期間の増幅率が大きくなるように、光強度変調器２６から出力された光信号を増幅する。
蓄積型光増幅器２７は、増幅した光信号を光サーキュレータ２８に出力する。
【００１６】
光サーキュレータ２８は、蓄積型光増幅器２７から出力された光信号を波長分岐カプラ２９に出力し、波長分岐カプラ２９から出力された光信号の後方散乱光を光受信機３３に出力する。
波長分岐カプラ２９は、光サーキュレータ２８から出力された光信号を望遠鏡３０に出力する。
波長分岐カプラ２９は、望遠鏡３０により受信された光信号の波長が、通信相手の光空間通信装置から送信された光信号の波長であれば、当該光信号をデータ通信用光受信機３１に出力する。
波長分岐カプラ２９は、望遠鏡３０により受信された光信号の波長が、望遠鏡３０から送信された光信号の波長であれば、当該光信号を光サーキュレータ２８に出力する。当該光信号は、望遠鏡３０から送信された光信号の後方散乱光である。
望遠鏡３０は、波長分岐カプラ２９から出力された光信号を光空間に出力することで、光信号を通信相手の光空間通信装置に送信する。
また、望遠鏡３０は、通信相手の光空間通信装置から送信された光信号を受信するほか、光空間に出力した光信号の後方散乱光を受信する。
【００１７】
データ通信用光受信機３１は、波長分岐カプラ２９から出力された光信号を受信して、光信号に含まれている通信データを復調し、通信データを受信用スイッチ３２に出力する。
受信用スイッチ３２は、制御部５２から、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、データ通信用光受信機３１から出力された通信データをデータインタフェース部１の受信用バッファ１２に出力する。
受信用スイッチ３２は、制御部５２から、ＲＦ空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、ＲＦトランシーバ３の受信用バッファ４４によりバッファリングされている通信データをデータインタフェース部１の受信用バッファ１２に出力する。
【００１８】
光受信機３３は、光サーキュレータ２８を介して、波長分岐カプラ２９から出力された後方散乱光を受信して、後方散乱光を電気信号に変換し、電気信号を時系列信号処理部３４に出力する。
時系列信号処理部３４は、バースト変調駆動回路２３から出力されたトリガ信号を用いて、光受信機３３から出力された電気信号から、後方散乱光に含まれている識別信号を抽出し、識別信号の信号強度を算出する。
時系列信号処理部３４は、信号強度を算出する毎に、信号強度をモニタ用バッファ３５に保存することで、信号強度の時間変化を示す時間変化データを生成する。
モニタ用バッファ３５は、時系列信号処理部３４により生成された時間変化データをバッファリングするためのメモリである。
【００１９】
送信用バッファ４１は、光トランシーバ２の送信用スイッチ２１から出力された通信データをバッファリングする。
送受信機４２は、送信用バッファ４１によりバッファリングされている通信データによって、キャリアとしてのＲＦ信号を変調して、ＲＦ信号を送受信アンテナ４３に出力する。
送受信機４２は、送受信アンテナ４３から出力されたＲＦ信号を受信し、ＲＦ信号を復調して通信データを抽出し、通信データを受信用バッファ４４に出力する。
送受信アンテナ４３は、送受信機４２から出力されたＲＦ信号を空間に放射することで、ＲＦ信号を通信相手の光空間通信装置に送信する。
送受信アンテナ４３は、通信相手の光空間通信装置から送信されたＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号を送受信機４２に出力する。
受信用バッファ４４は、送受信機４２から出力された通信データをバッファリングする。
【００２０】
判定部５１は、モニタ用バッファ３５によりバッファリングされている時間変化データが示す時間変化に基づいて、光空間通信が正常であるか否かを判定し、光空間通信が異常であれば、時間変化データが示す時間変化に基づいて、光空間通信の異常要因を判定する。光空間通信の異常要因としては、送信側と受信側の光空間通信装置間の位置ずれ等に伴う光軸ずれ、気象条件の変動、光空間通信装置の故障、あるいは、通信路に対する突発的な遮蔽物の侵入等が考えられる。
判定部５１は、光空間通信が正常であるか否かを示す判定結果を制御部５２に出力する。
制御部５２は、例えば、後述の図６に示す制御回路８８によって実現される。
制御部５２は、判定部５１により光空間通信が正常であると判定されれば、光空間通信を有効にして、ＲＦ空間通信を無効にするため、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を送信用スイッチ２１及び受信用スイッチ３２のそれぞれに出力する。
制御部５２は、判定部５１により光空間通信が異常であると判定されれば、ＲＦ空間通信を有効にして、光空間通信を無効にするため、ＲＦ空間通信を実施する旨を示す制御信号を送信用スイッチ２１及び受信用スイッチ３２のそれぞれに出力する。
【００２１】
図２は、実施の形態１に係る光空間通信装置の時系列信号処理部３４を示す構成図である。
図２において、受信信号入力部６１は、後方散乱光の受信信号として、光受信機３３から出力された電気信号を入力するための端子である。
トリガ信号入力部６２は、バースト変調駆動回路２３から出力されたトリガ信号を入力するための端子である。
【００２２】
識別信号抽出部６３は、クロック発生部６４、低域通過フィルタであるＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）６５、アナログデジタル変換器であるＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）６６、データバッファ６７及びデータ抽出部６８を備えている。
識別信号抽出部６３は、後方散乱光に含まれている通信データの通過を阻止して、後方散乱光に含まれている識別信号を抽出する。
【００２３】
クロック発生部６４は、クロック信号を発振して、クロック信号をＡＤＣ６６に出力する。
ＬＰＦ６５は、受信信号入力部６１から後方散乱光の受信信号を受けると、後方散乱光に含まれている通信データの通過を阻止して、後方散乱光に含まれている識別信号を抽出し、抽出した識別信号をＡＤＣ６６に出力する。
ＡＤＣ６６は、クロック発生部６４から出力されたクロック信号に同期して、ＬＰＦ６５から出力された識別信号をサンプリングし、識別信号のサンプリングデータをデータバッファ６７に出力する。
クロック信号の周波数は、サンプリング定理により、識別信号の周波数ｆ０の２倍以上とされる。
【００２４】
データバッファ６７は、ＡＤＣ６６から出力された識別信号のサンプリングデータをバッファリングするためのメモリである。データバッファ６７によりバッファリングされているサンプリングデータは、トリガ信号入力部６２からトリガ信号が入力された時刻からの経過時間と対応付けられる。トリガ信号が入力された時刻からの経過時間は、望遠鏡３０から、光信号が散乱された位置までの距離（以下、「距離レンジ」と称する）に対応している。したがって、データバッファ６７には、距離レンジが異なるサンプリングデータが格納される。
データ抽出部６８は、例えば、図３に示すデータ抽出回路８１によって実現される。
データ抽出部６８は、それぞれの距離レンジに対応する識別信号として、データバッファ６７からそれぞれの距離レンジのサンプリングデータを抽出し、抽出したサンプリングデータを信号強度算出部６９のフーリエ変換部７０に出力する。
図３は、データ抽出部６８、フーリエ変換部７０、信号強度算出処理部７１及び時間変化データ生成部７２のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
【００２５】
信号強度算出部６９は、フーリエ変換部７０及び信号強度算出処理部７１を備えており、識別信号抽出部６３により抽出された識別信号の信号強度を算出する。
フーリエ変換部７０は、例えば、図３に示すフーリエ変換回路８２によって実現される。
フーリエ変換部７０は、データ抽出部６８により抽出されたそれぞれの距離レンジのサンプリングデータをそれぞれ高速フーリエ変換し、それぞれの高速フーリエ変換結果を信号強度算出処理部７１に出力する。
信号強度算出処理部７１は、例えば、図３に示す信号強度算出処理回路８３によって実現される。
信号強度算出処理部７１は、フーリエ変換部７０のそれぞれの高速フーリエ変換結果が示す周波数ｆ０の成分を、それぞれの距離レンジに対応する識別信号の信号強度として、時間変化データ生成部７２に出力する。
【００２６】
時間変化データ生成部７２は、例えば、図３に示す時間変化データ生成回路８４によって実現される。
時間変化データ生成部７２は、信号強度算出処理部７１から出力されたそれぞれの距離レンジに対応する識別信号の信号強度をモニタ用バッファ３５に保存することで、信号強度の時間変化を示す時間変化データを生成する。
データ出力部７３は、時間変化データ生成部７２により算出された信号強度をモニタ用バッファ３５に出力するための端子である。
【００２７】
図２では、時系列信号処理部３４の構成要素の一部であるデータ抽出部６８、フーリエ変換部７０、信号強度算出処理部７１及び時間変化データ生成部７２のそれぞれが、図３に示すような専用のハードウェアで実現されるものを想定している。即ち、時系列信号処理部３４の一部が、データ抽出回路８１、フーリエ変換回路８２、信号強度算出処理回路８３及び時間変化データ生成回路８４で実現されるものを想定している。
ここで、データ抽出回路８１、フーリエ変換回路８２、信号強度算出処理回路８３及び時間変化データ生成回路８４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【００２８】
時系列信号処理部３４の一部は、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、時系列信号処理部３４の一部がソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
【００２９】
図４は、時系列信号処理部３４の一部がソフトウェア又はファームウェア等で実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
時系列信号処理部３４の一部がソフトウェア又はファームウェア等で実現される場合、データ抽出部６８、フーリエ変換部７０、信号強度算出処理部７１及び時間変化データ生成部７２の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ９１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ９２がメモリ９１に格納されているプログラムを実行する。
【００３０】
図５は、実施の形態１に係る光空間通信装置の判定部５１を示す構成図である。
図６は、実施の形態１に係る光空間通信装置の判定部５１及び制御部５２のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図５において、データ取得部５１ａは、例えば、図６に示すデータ取得回路８５によって実現される。
データ取得部５１ａは、光空間通信が正常である場合の時間変化データと、モニタ用バッファ３５によりバッファリングされている時間変化データ（以下、「監視時間変化データ」と称する）とを取得する。
データ取得部５１ａは、光空間通信が正常である場合の時間変化データ及び監視時間変化データのそれぞれを信号強度比較部５１ｂに出力する。
光空間通信が正常である場合の時間変化データは、データ取得部５１ａの内部メモリに格納されているものであってもよいし、外部から与えられるものであってもよい。
【００３１】
信号強度比較部５１ｂは、例えば、図６に示す信号強度比較回路８６によって実現される。
信号強度比較部５１ｂは、光空間通信が正常である場合の時間変化データが示すそれぞれの距離領域の信号強度と、監視時間変化データが示すそれぞれの距離領域の信号強度とを比較し、それぞれの信号強度の比較結果を判定処理部５１ｃに出力する。
判定処理部５１ｃは、例えば、図６に示す判定処理回路８７によって実現される。
判定処理部５１ｃは、信号強度比較部５１ｂから出力された信号強度の比較結果に基づいて、光空間通信が正常であるか否かを判定し、正常であるか否かを示す判定結果を制御部５２に出力する。
判定処理部５１ｃは、光空間通信が異常であれば、信号強度比較部５１ｂから出力された信号強度の比較結果に基づいて、光空間通信の異常要因を判定する。
【００３２】
図５では、判定部５１の構成要素であるデータ取得部５１ａ、信号強度比較部５１ｂ及び判定処理部５１ｃのそれぞれが、図６に示すような専用のハードウェアで実現されるものを想定している。即ち、判定部５１の構成要素が、データ取得回路８５、信号強度比較回路８６及び判定処理回路８７で実現されるものを想定している。
また、制御部５２が、図６に示すような制御回路８８で実現されるものを想定している。
ここで、データ取得回路８５、信号強度比較回路８６、判定処理回路８７及び制御回路８８のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【００３３】
判定部５１及び制御部５２は、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、判定部５１及び制御部５２の一部がソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
図７は、判定部５１及び制御部５２が、ソフトウェア又はファームウェア等で実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
判定部５１及び制御部５２が、ソフトウェア又はファームウェア等で実現される場合、データ取得部５１ａ、信号強度比較部５１ｂ、判定処理部５１ｃ及び制御部５２の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ９３に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ９４がメモリ９３に格納されているプログラムを実行する。
【００３４】
次に、図１に示す光空間通信装置の動作について説明する。
初期段階では、光トランシーバ２による光信号の光空間通信が正常であるものとして説明する。
制御部５２は、通信データの出力を指示する制御信号をデータインタフェース部１に出力し、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を送信用スイッチ２１及び受信用スイッチ３２のそれぞれに出力する。
また、制御部５２は、トリガ信号及び識別信号の出力を指示する制御信号をバースト変調駆動回路２３に出力する。
【００３５】
送信用スイッチ２１は、制御部５２から、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、送信用バッファ１１によりバッファリングされている送信用の通信データをデータ変調駆動回路２２に出力する。
データ変調駆動回路２２は、送信用スイッチ２１から通信データを受けると、通信データを変調し、通信データの変調信号を信号合波器２４に出力する。
【００３６】
バースト変調駆動回路２３は、制御部５２から、トリガ信号及び識別信号の出力を指示する制御信号を受けると、パルス繰返し間隔（ＰＲＩ：Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ）［ｓｅｃ］で、トリガ信号を繰り返し発振する。
バースト変調駆動回路２３は、トリガ信号を発振する毎に、トリガ信号を時系列信号処理部３４に出力する。
また、バースト変調駆動回路２３は、トリガ信号を発振する毎に、トリガ信号に同期して、ｔ０の時間幅を有する識別信号を信号合波器２４に出力する。
【００３７】
信号合波器２４は、バースト変調駆動回路２３から出力された識別信号と、データ変調駆動回路２２から出力された通信データの変調信号とを合波する。
信号合波器２４は、図８に示すように、識別信号と通信データの変調信号との合波信号である時系列信号を光強度変調器２６に出力する。
図８は、信号合波器２４から出力された時系列信号、光強度変調器２６により強度変調された光及び光受信機３３により受信された後方散乱光を示す説明図である。
【００３８】
基準光源２５は、単一周波数の光を連続発振し、連続発振した光を光強度変調器２６に出力する。
光強度変調器２６は、信号合波器２４から出力された時系列信号によって基準光源２５により発振された光を強度変調する。
光強度変調器２６は、図８に示すような強度変調した光である光信号を蓄積型光増幅器２７に出力する。
【００３９】
蓄積型光増幅器２７は、光強度変調器２６から出力された光信号のうち、通信データの変調信号を含んでいる期間の増幅率よりも、識別信号を含んでいる期間の増幅率が大きくなるように、光強度変調器２６から出力された光信号を増幅する。蓄積型光増幅器２７が光信号を増幅することで、識別信号を含んでいる期間の光信号の信号レベルが、通信データの変調信号を含んでいる期間の光信号の信号レベルよりも大きくなる。
蓄積型光増幅器２７は、増幅した光信号を光サーキュレータ２８に出力する。
【００４０】
光サーキュレータ２８は、蓄積型光増幅器２７から光信号を受けると、光信号を波長分岐カプラ２９に出力する。
波長分岐カプラ２９は、光サーキュレータ２８から光信号を受けると、光信号を望遠鏡３０に出力する。
望遠鏡３０は、波長分岐カプラ２９から出力された光信号を光空間に出力することで、光信号を通信相手の光空間通信装置に送信する。
【００４１】
図９は、光トランシーバ２から送信された光信号のスペクトルを示す説明図である。
図９Ａは、識別信号を含んでいる期間の光信号のスペクトルを示し、図９Ｂは、通信データの変調信号を含んでいる期間の光信号のスペクトルを示している。
識別信号の周波数は、ｆ０であり、通信データの変調信号の周波数帯域は、ｆｃＬ〜ｆｃＨであり、通信データの変調信号の周波数は、識別信号の周波数ｆ０よりも高い。
識別信号を含んでいる期間ｔは、（ｉ×ＰＲＩ）＜ｔ＜（ｉ×ＰＲＩ）＋ｔ０である。
通信データの変調信号を含んでいる期間ｔは、（ｉ×ＰＲＩ）＋ｔ０＜ｔ＜（（ｉ＋１）×ＰＲＩ）である。ｉ＝０，１，２，・・・である。
【００４２】
図１０は、光トランシーバ２から送信された光信号と、光信号の後方散乱光とを示す説明図である。
図１０において、２ａは、図１に示す光空間通信装置の光トランシーバ２であり、図１０では、自局の光トランシーバと表記している。
２ｂは、通信相手の光空間通信装置の光トランシーバ２であり、図１０では、相手局の光トランシーバと表記している。
後方散乱光１０１は、自局と相手局の間の光空間に存在しているエアロゾル又は雨滴等のソフトターゲットによって散乱された後方散乱光である。図１０では、後方散乱光１０１を近距離後方散乱光と表記している。
後方散乱光１０２は、相手局の筐体又は相手局の望遠鏡３０等のハードターゲットによって散乱された後方散乱光である。図１０では、後方散乱光１０２を遠距離後方散乱光と表記している。
後方散乱光１０１は、降雨又は濃霧等によって信号強度が増加する。
後方散乱光１０２は、自局と相手局間での光軸ずれ、降雨又は濃霧等によって信号強度が減少する。
【００４３】
望遠鏡３０は、通信相手の光空間通信装置から送信された光信号を受信するほか、光空間に出力した光信号の後方散乱光１０１，１０２を受信する。
望遠鏡３０からは、図９Ａに示すスペクトルを有する光信号と、図９Ｂに示すスペクトルを有する光信号とが交互に光空間に出力される。また、後方散乱光１０１は、複数の位置で後方散乱を受ける。したがって、図９Ａに示すスペクトルを有する複数の後方散乱光１０１と、図９Ｂに示すスペクトルを有する後方散乱光１０２とが混在している後方散乱光が望遠鏡３０によって受信される。
【００４４】
波長分岐カプラ２９は、望遠鏡３０により受信された光信号の波長が、通信相手の光空間通信装置から送信された光信号の波長であれば、当該光信号をデータ通信用光受信機３１に出力する。
望遠鏡３０により受信された光信号の波長が、望遠鏡３０から送信された光信号の波長である場合、当該光信号は、後方散乱光１０１，１０２である。この場合、波長分岐カプラ２９は、望遠鏡３０により受信された後方散乱光１０１，１０２を光サーキュレータ２８に出力する。
【００４５】
データ通信用光受信機３１は、波長分岐カプラ２９から出力された光信号を受信して、光信号に含まれている通信データを復調する。
データ通信用光受信機３１は、復調した通信データを受信用スイッチ３２に出力する。
受信用スイッチ３２は、制御部５２から、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けているので、データ通信用光受信機３１から出力された通信データをデータインタフェース部１の受信用バッファ１２に出力する。
受信用バッファ１２は、受信用スイッチ３２から送信された通信データをバッファリングし、通信データを受信した旨を制御部５２に通知する。
【００４６】
光サーキュレータ２８は、光サーキュレータ２８から後方散乱光１０１，１０２を受けると、後方散乱光１０１，１０２を光受信機３３に出力する。
光受信機３３は、光サーキュレータ２８から後方散乱光１０１，１０２を受けると、後方散乱光１０１，１０２のそれぞれを電気信号に変換し、それぞれの電気信号を時系列信号処理部３４に出力する。
【００４７】
時系列信号処理部３４は、光受信機３３から電気信号を受ける毎に、バースト変調駆動回路２３から出力されたトリガ信号を用いて、電気信号から、後方散乱光１０１，１０２に含まれているそれぞれの識別信号を抽出し、それぞれの識別信号の信号強度を算出する。
時系列信号処理部３４は、信号強度を算出する毎に、信号強度をモニタ用バッファ３５に保存することで、信号強度の時間変化を示す時間変化データを生成する。
以下、時系列信号処理部３４による時間変化データの生成処理を具体的に説明する。
【００４８】
クロック発生部６４は、クロック信号を発振して、クロック信号をＡＤＣ６６に出力する。
受信信号入力部６１は、図１１Ａに示すように、光受信機３３から、後方散乱光１０１，１０２のそれぞれに対応している電気信号を受けると、それぞれの電気信号をＬＰＦ６５に出力する。
図１１Ａは、後方散乱光１０１，１０２のスペクトルを示す説明図である。
図１１Ｂは、ＬＰＦ６５の通過帯域を示す説明図である。ＬＰＦ６５のカットオフ周波数ｆＬＰＦは、ｆ０＜ｆＬＰＦ＜ｆｃＬの範囲である。
【００４９】
ＬＰＦ６５は、受信信号入力部６１からそれぞれの電気信号を受けると、図１１Ｂに示すように、後方散乱光１０１，１０２に含まれている通信データの通過を阻止して、後方散乱光１０１，１０２に含まれているそれぞれの識別信号を抽出する。
ＬＰＦ６５は、抽出したそれぞれの識別信号をＡＤＣ６６に出力する。
【００５０】
ＡＤＣ６６は、クロック発生部６４からクロック信号を受けると、クロック信号に同期して、ＬＰＦ６５から出力されたそれぞれの識別信号をサンプリングし、識別信号のサンプリングデータをデータバッファ６７に出力する。
データバッファ６７は、ＡＤＣ６６から出力された識別信号のサンプリングデータをバッファリングする。データバッファ６７によりバッファリングされているサンプリングデータは、トリガ信号入力部６２からトリガ信号が入力された時刻からの経過時間と対応付けられている。また、トリガ信号が入力された時刻からの経過時間は、距離レンジと対応している。したがって、データバッファ６７には、距離レンジが異なるサンプリングデータが格納される。
【００５１】
データ抽出部６８は、それぞれの距離レンジに対応する識別信号として、データバッファ６７からそれぞれの距離レンジのサンプリングデータを抽出する。
例えば、データバッファ６７によりバッファリングされているサンプリングデータのうち、望遠鏡３０からの距離がＬ０である距離レンジ（０）のサンプリングデータは、期間ｔ（ｔ０＜ｔ＜ｔ１、ｔ１＝２×ｔ０）のサンプリングデータに対応する。
Ｌ０＝（ｃ×ｔ０）／２［ｍ］、ｃは、光速である。
また、データバッファ６７によりバッファリングされているサンプリングデータのうち、望遠鏡３０からの距離がＬ１である距離レンジ（１）のサンプリングデータは、期間ｔ（ｔ１＜ｔ＜ｔ２、ｔ２＝３×ｔ０）のサンプリングデータに対応する。
Ｌ１＝（ｃ×ｔ１）／２［ｍ］
また、データバッファ６７によりバッファリングされているサンプリングデータのうち、望遠鏡３０からの距離がＬＮである距離レンジ（Ｎ）のサンプリングデータは、期間ｔ（ｔＮ＜ｔ＜ｔＮ＋１、ｔＮ＝（Ｎ＋２）×ｔ０）のサンプリングデータに対応する。
ＬＮ＝（ｃ×ｔＮ）／２［ｍ］
【００５２】
フーリエ変換部７０は、図１２に示すように、データ抽出部６８により抽出されたそれぞれの距離レンジのサンプリングデータをそれぞれ高速フーリエ変換する。
図１２Ａは、時刻ｔ０における高速フーリエ変換結果を示す説明図であり、図１２Ｂは、時刻ｔ１における高速フーリエ変換結果を示す説明図である。
ＬＰＦ６５によって、後方散乱光１０１，１０２により含まれている通信データの変調信号が除かれているため、高速フーリエ変換結果は、周波数ｆ０の識別信号のスペクトルだけを含んでいる。
図１２Ａに示す周波数ｆ０の成分は、距離レンジ（０）に対応する識別信号の信号強度であり、図１２Ｂに示す周波数ｆ０の成分は、距離レンジ（１）に対応する識別信号の信号強度である。
【００５３】
信号強度算出処理部７１は、フーリエ変換部７０のそれぞれの高速フーリエ変換結果が示す周波数ｆ０の成分を、距離レンジ（０）〜（Ｎ）に対応する識別信号の信号強度として、時間変化データ生成部７２に出力する。
時間変化データ生成部７２は、データ出力部７３を介して、信号強度算出処理部７１から出力された距離レンジ（０）〜（Ｎ）に対応する識別信号の信号強度をモニタ用バッファ３５に保存することで、信号強度の時間変化を示す時間変化データを生成する。
図１３は、距離レンジ（０）〜（Ｎ）に対応する識別信号の信号強度の時間変化を示す時間変化データを示す説明図である。
図１３において、例えば、ｔ＝ｔ０における識別信号の信号強度は、距離レンジ（０）に対応する識別信号の信号強度であり、ｔ＝ｔ１における識別信号の信号強度は、距離レンジ（１）に対応する識別信号の信号強度である。
また、ｔ＝ｔＮにおける識別信号の信号強度は、距離レンジ（Ｎ）に対応する識別信号の信号強度である。
【００５４】
ここで、図１４は、光学信号の通信品質の状態と時間変化データとの関係を示す説明図である。
図１４Ａは、光空間通信が正常である場合の時間変化データを示す説明図である。
図１４Ａにおいて、１１１は、ソフトターゲットによって散乱された後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度であり、光空間通信が正常である場合の近接距離領域での信号強度である。１１１ａは、後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度のうち、距離レンジ（０）等の極近接距離領域での信号強度である。
１１２は、ハードターゲットによって散乱された後方散乱光１０２に含まれている識別信号の信号強度であり、光空間通信が正常である場合の遠距離領域での信号強度である。
【００５５】
図１４Ｂは、光空間通信が正常であり、かつ、図１４Ａと比べて、光空間におけるエアロゾル濃度が減少した場合の時間変化データを示す説明図である。
図１４Ｂにおいて、１１３は、ソフトターゲットによって散乱された後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度である。１１３ａは、後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度のうち、距離レンジ（０）等の極近接距離領域での信号強度である。
信号強度１１３，１１３ａは、光空間におけるエアロゾル濃度が減少しているため、それぞれ、信号強度１１１，１１１ａよりも減少している。
１１４は、ハードターゲットによって散乱された後方散乱光１０２に含まれている識別信号の信号強度である。信号強度１１４は、光空間におけるエアロゾル濃度が減少していても、信号強度１１２と同じ値である。
【００５６】
図１４Ｃは、図１に示す光空間通信装置が故障して、光トランシーバ２から出力された光信号の信号強度が低下した場合の時間変化データを示す説明図である。
図１４Ｃにおいて、１１５は、ソフトターゲットによって散乱された後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度であり、光トランシーバ２から出力された光信号の信号レベルが低下した場合の近接距離領域での信号強度である。１１５ａは、後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度のうち、距離レンジ（０）等の極近接距離領域での信号強度である。
信号強度１１５，１１５ａは、光トランシーバ２から出力された光信号の信号強度が低下しているため、信号強度１１１，１１１ａよりも減少している。
１１６は、ハードターゲットによって散乱された後方散乱光１０２に含まれている識別信号の信号強度である。光トランシーバ２から出力された光信号の信号強度が低下しているため、信号強度１１６についても、信号強度１１２よりも減少している。
【００５７】
図１４Ｄは、気象が降雨又は濃霧の場合の時間変化データを示す説明図である。
図１４Ｄにおいて、１１７は、ソフトターゲットによって散乱された後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度である。１１７ａは、後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度のうち、距離レンジ（０）等の極近接距離領域での信号強度である。
気象が降雨又は濃霧の場合、光トランシーバ２から出力された光信号が雨粒等に散乱されるため、距離レンジ（０）等の極近接距離領域での信号強度１１７ａは、信号強度１１１ａよりも増加している。
ただし、近接距離領域での信号強度１１７であっても、極近接距離領域よりもハードターゲットに近い領域での信号強度１１７は、信号強度１１１よりも減少する傾向がある。
１１８は、ハードターゲットによって散乱された後方散乱光１０２に含まれている識別信号の信号強度である。信号強度１１８についても、信号強度１１２よりも減少している。
【００５８】
図１４Ｅは、送信側と受信側の光空間通信装置間で光軸ずれが生じている場合の時間変化データを示す説明図である。
図１４Ｅにおいて、１１９は、ソフトターゲットによって散乱された後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度である。１１９ａは、後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度のうち、距離レンジ（０）等の極近接距離領域での信号強度である。識別信号の信号強度１１９，１１９ａは、光軸ずれが生じていても、信号強度１１１，１１１ａと同じ値である。
１２０は、ハードターゲットによって散乱された後方散乱光１０２に含まれている識別信号の信号強度である。信号強度１２０は、光軸ずれが生じているため、信号強度１１２よりも減少している。
【００５９】
図１４Ｆは、光空間の伝送路内に遮蔽物が侵入した場合の時間変化データを示す説明図である。
図１４Ｆにおいて、１２１は、ソフトターゲットによって散乱された後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度である。１２１ａは、後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度のうち、距離レンジ（０）等の極近接距離領域での信号強度である。１２２は、伝送路内の遮蔽物によって散乱された後方散乱光１０１に含まれている識別信号の信号強度である。光トランシーバ２から出力された光信号は、遮蔽物に散乱されることでピークが発生する。信号強度１２２は、遮蔽物に散乱されることで生じているピークの信号強度であり、信号強度１１１よりも増加している。
伝送路内の遮蔽物よりも遠い距離では、光トランシーバ２から出力された光信号は、遮蔽物によって遮蔽されているため、信号強度１２３は、信号強度１１１，１１２よりも減少している。
【００６０】
判定部５１は、モニタ用バッファ３５によりバッファリングされている時間変化データを取得する。
判定部５１は、時間変化データが示す時間変化に基づいて、光空間通信が正常であるか否かを判定し、正常であるか否かを示す判定結果を制御部５２に出力する。
判定部５１は、光空間通信が異常であれば、時間変化データが示す時間変化に基づいて、光空間通信の異常要因を判定し、異常要因の判定結果を制御部５２に出力する。
【００６１】
図１５は、判定部５１の処理内容を示すフローチャートである。
以下、図１５を参照しながら、判定部５１の処理内容を具体的に説明する。
まず、データ取得部５１ａは、図１４Ａに示すような光空間通信が正常である場合の時間変化データを取得する（図１５のステップＳＴ１）。
データ取得部５１ａは、光空間通信が正常である場合の時間変化データを信号強度比較部５１ｂに出力する。
信号強度比較部５１ｂは、光空間通信が正常である場合の時間変化データから、図１４Ａに示す正常時における識別信号の信号強度１１１，１１１ａ，１１２を認識する。
具体的には、信号強度比較部５１ｂは、光空間通信が正常である場合の時間変化データにおいて、ピークが発生している１つ以上の信号強度の中で、最も距離レンジが大きい信号強度が、遠距離領域での信号強度１１２であると認識する。
信号強度比較部５１ｂは、遠距離領域での信号強度１１２に係る距離レンジよりも、距離レンジが小さい信号強度が、近接距離領域での信号強度１１１であると認識する。
信号強度比較部５１ｂは、近接距離領域での信号強度１１１のうち、例えば、距離レンジ（０）の信号強度が、極近接距離領域での信号強度１１１ａであると認識する。
【００６２】
データ取得部５１ａは、モニタ用バッファ３５によりバッファリングされている時間変化データである監視時間変化データを取得する（図１５のステップＳＴ２）。
データ取得部５１ａは、監視時間変化データを信号強度比較部５１ｂに出力する。
信号強度比較部５１ｂは、監視時間変化データに含まれている近接距離領域での信号強度ＳＮと、極近接距離領域での信号強度ＳＮａと、遠距離領域での信号強度ＳＦとを認識する。
具体的には、信号強度比較部５１ｂは、監視時間変化データにおいて、ピークが発生している１つ以上の信号強度の中で、最も距離レンジが大きい信号強度が、遠距離領域での信号強度ＳＦであると認識する。
信号強度比較部５１ｂは、遠距離領域での信号強度ＳＦに係る距離レンジよりも、距離レンジが小さい信号強度が、近接距離領域での信号強度ＳＮであると認識する。
信号強度比較部５１ｂは、近接距離領域での信号強度ＳＮのうち、例えば、距離レンジ（０）の信号強度が、極近接距離領域での信号強度ＳＮａであると認識する。
【００６３】
なお、光空間の伝送路内に遮蔽物が侵入している状況下では、ピークが発生している信号強度に係る距離レンジが、相手局が存在していると想定される距離レンジよりも小さい。そして、当該状況下では、ピークが発生している信号強度に係る距離レンジよりも、距離レンジが大きい信号強度が、一律に低下する。
信号強度比較部５１ｂは、ピークが発生している信号強度に係る距離レンジが、相手局が存在していると想定される距離レンジよりも小さく、ピークが発生している信号強度に係る距離レンジよりも、距離レンジが大きい信号強度が一律に低下していれば、一律に低下している信号強度が、遠距離領域での信号強度ＳＦであると認識する。
相手局が存在していると想定される距離レンジは、信号強度比較部５１ｂの内部メモリに格納されているものであってもよいし、外部から与えられるものであってもよい。
【００６４】
信号強度比較部５１ｂは、正常時における信号強度１１１、信号強度１１１ａ及び信号強度１１２を判定処理部５１ｃに出力する。
また、信号強度比較部５１ｂは、近接距離領域での信号強度ＳＮ、極近接距離領域での信号強度ＳＮａ及び遠距離領域での信号強度ＳＦを判定処理部５１ｃに出力する。
近接距離領域での信号強度ＳＮは、信号強度１１３、信号強度１１５、信号強度１１７、信号強度１１９又は信号強度１２１に対応する信号強度である。
極近接距離領域での信号強度ＳＮａは、信号強度１１３ａ、信号強度１１５ａ、信号強度１１７ａ、信号強度１１９ａ又は信号強度１２１ａに対応する信号強度である。
遠距離領域での信号強度ＳＦは、信号強度１１４、信号強度１１６、信号強度１１８、信号強度１２０又は信号強度１２３に対応する信号強度である。
【００６５】
判定処理部５１ｃは、正常時における遠距離領域での信号強度１１２と、遠距離領域での信号強度ＳＦとを比較する（図１５のステップＳＴ３）。
判定処理部５１ｃは、信号強度ＳＦが信号強度１１２以上であれば（図１５のステップＳＴ３：ＹＥＳの場合）、正常時における近接距離領域での信号強度１１１と、近接距離領域での信号強度ＳＮとを比較する（図１５のステップＳＴ４）。
判定処理部５１ｃは、近接距離領域での信号強度ＳＮが、信号強度１１１以上の時間帯がある場合（図１５のステップＳＴ４：ＮＯの場合）、図１４Ａの状況に該当するため、光空間通信が正常であると判定する（図１５のステップＳＴ５）。
判定処理部５１ｃは、近接距離領域での信号強度ＳＮが、全ての時間に亘って信号強度１１１よりも小さければ（図１５のステップＳＴ４：ＹＥＳの場合）、図１４Ｂの状況に該当するため、光空間におけるエアロゾル濃度が減少しているものの、光空間通信は正常であると判定する（図１５のステップＳＴ６）。
【００６６】
判定処理部５１ｃは、信号強度ＳＦが信号強度１１２よりも小さければ（図１５のステップＳＴ３：ＮＯの場合）、正常時における極近接距離領域での信号強度１１１ａと、極近接距離領域での信号強度ＳＮａとを比較する（図１５のステップＳＴ７）。
判定処理部５１ｃは、極近接距離領域での信号強度ＳＮａが信号強度１１１ａよりも小さければ（図１５のステップＳＴ７：小さい場合）、図１４Ｃの状況に該当するため、図１に示す光空間通信装置の故障を要因とする光空間通信の異常であると判定する（図１５のステップＳＴ８）。
【００６７】
判定処理部５１ｃは、極近接距離領域での信号強度ＳＮａが信号強度１１１ａよりも大きければ（図１５のステップＳＴ７：大きい場合）、図１４Ｄの状況に該当するため、降雨又は濃霧を要因とする光空間通信の異常であると判定する（図１５のステップＳＴ９）。
判定処理部５１ｃは、極近接距離領域での信号強度ＳＮａが信号強度１１１ａと同じ値である場合（図１５のステップＳＴ７：同じ場合）、正常時における近接距離領域での信号強度１１１と、近接距離領域での信号強度ＳＮとを比較する（図１５のステップＳＴ１０）。
信号強度ＳＮａと信号強度１１１ａとが同じ値であるか否かの判定において、信号強度ＳＮａと信号強度１１１ａとの差分が、閾値以下であれば、判定処理部５１ｃが、同じ値であると判定するものであってもよい。閾値は、判定処理部５１ｃの内部メモリに格納されているものであってもよいし、外部から与えられるものであってもよい。
【００６８】
判定処理部５１ｃは、近接距離領域での信号強度ＳＮが、全ての時間に亘って信号強度１１１以上であれば（図１５のステップＳＴ１０：ＹＥＳの場合）、図１４Ｅの状況に該当するため、光軸ずれを要因とする光空間通信の異常であると判定する（図１５のステップＳＴ１１）。
判定処理部５１ｃは、近接距離領域での信号強度ＳＮが、信号強度１１１以下の時間帯がある場合（図１５のステップＳＴ１０：ＮＯの場合）、図１４Ｆの状況に該当するため、遮蔽物の侵入を要因とする光空間通信の異常であると判定する（図１５のステップＳＴ１２）。信号強度ＳＮが、信号強度１１１以下の時間帯がある状況としては、一部の時間の信号強度ＳＮが信号強度１１１よりも小さく、かつ、信号強度１１１よりも大きいピークの信号強度１２２が生じている状況が考えられる。
【００６９】
制御部５２は、判定部５１から出力された判定結果が、光空間通信が正常である旨を示していれば、光空間通信を有効にして、ＲＦ空間通信を無効にするため、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を送信用スイッチ２１及び受信用スイッチ３２のそれぞれに出力する。
【００７０】
送信用スイッチ２１は、制御部５２から、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、引き続き、送信用バッファ１１によりバッファリングされている送信用の通信データをデータ変調駆動回路２２に出力する。
ただし、ＲＦ空間通信を有効にして、光空間通信を無効にしている状況下において、制御部５２から、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、送信用スイッチ２１は、ＲＦ空間通信を無効にして、光空間通信を有効にするように、通信の切替を行う。
具体的には、送信用スイッチ２１は、送信用バッファ１１によりバッファリングされている送信用の通信データをＲＦトランシーバ３の送信用バッファ４１に出力している状況から、送信用の通信データをデータ変調駆動回路２２に出力する状況に切り替える。
【００７１】
受信用スイッチ３２は、制御部５２から、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、引き続き、データ通信用光受信機３１から出力された通信データをデータインタフェース部１の受信用バッファ１２に出力する。
ただし、ＲＦ空間通信を有効にして、光空間通信を無効にしている状況下において、制御部５２から、光空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、受信用スイッチ３２は、ＲＦ空間通信を無効にして、光空間通信を有効にするように、通信の切替を行う。
具体的には、受信用スイッチ３２は、受信用バッファ４４によりバッファリングされている通信データを受信用バッファ１２に出力している状況から、データ通信用光受信機３１から出力された通信データを受信用バッファ１２に出力する状況に切り替える。
【００７２】
制御部５２は、判定部５１から出力された判定結果が、光空間通信が異常である旨を示していれば、ＲＦ空間通信を有効にして、光空間通信を無効にするため、ＲＦ空間通信を実施する旨を示す制御信号を送信用スイッチ２１及び受信用スイッチ３２のそれぞれに出力する。
【００７３】
送信用スイッチ２１は、制御部５２から、ＲＦ空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、送信用バッファ１１によりバッファリングされている送信用の通信データをＲＦトランシーバ３の送信用バッファ４１に出力する。
受信用スイッチ３２は、制御部５２から、ＲＦ空間通信を実施する旨を示す制御信号を受けると、ＲＦトランシーバ３の受信用バッファ４４によりバッファリングされている通信データをデータインタフェース部１の受信用バッファ１２に出力する。
【００７４】
以上の実施の形態１は、識別信号と通信データを含む光信号の光空間通信を行う光トランシーバ２と、通信データを含むＲＦ信号のＲＦ空間通信を行うＲＦトランシーバ３と、光トランシーバ２から光信号が送信されたのち、光トランシーバ２により受信された光信号の後方散乱光に含まれている識別信号における信号強度の時間変化に基づいて、光空間通信が正常であるか否かを判定し、光空間通信が異常であれば、信号強度の時間変化に基づいて、光空間通信の異常要因を判定する判定部５１とを備えるように、光空間通信装置を構成した。したがって、光空間通信装置は、光空間通信の異常要因を特定することができる。
【００７５】
また、実施の形態１は、判定部５１により光空間通信が正常であると判定されれば、光空間通信を有効にして、ＲＦ空間通信を無効にし、判定部５１により光空間通信が異常であると判定されれば、ＲＦ空間通信を有効にして、光空間通信を無効にする制御部５２を備えるように、光空間通信装置を構成した。したがって、光空間通信装置は、光空間通信が異常である場合でも、通信データの伝送を継続することができる。
【００７６】
さらに、実施の形態１は、望遠鏡３０により受信された光信号の波長が、通信相手の光空間通信装置から送信された光信号の波長であれば、当該光信号をデータ通信用光受信機３１に出力し、望遠鏡３０により受信された光信号の波長が、望遠鏡３０から送信された光信号の波長であれば、当該光信号を光サーキュレータ２８に出力する波長分岐カプラ２９を備えるように、光空間通信装置を構成した。したがって、光空間通信装置は、１つの望遠鏡３０が、通信相手の光空間通信装置から送信された光信号の受信と、望遠鏡３０から送信された光信号の後方散乱光の受信とを兼ねることができる。
【００７７】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
この発明は、光信号の光空間通信を行う光空間通信装置及び光空間通信方法に適している。
【符号の説明】
【００７９】
１  データインタフェース部、２  光トランシーバ、３  ＲＦトランシーバ、１１  送信用バッファ、１２  受信用バッファ、２１  送信用スイッチ、２２  データ変調駆動回路、２３  バースト変調駆動回路、２４  信号合波器、２５  基準光源、２６  光強度変調器、２７  蓄積型光増幅器、２８  光サーキュレータ、２９  波長分岐カプラ、３０  望遠鏡、３１  データ通信用光受信機、３２  受信用スイッチ、３３  光受信機、３４  時系列信号処理部、３５  モニタ用バッファ、４１  送信用バッファ、４２  送受信機、４３  送受信アンテナ、４４  受信用バッファ、５１  判定部、５１ａ  データ取得部、５１ｂ  信号強度比較部、５１ｃ  判定処理部、５２  制御部、６１  受信信号入力部、６２  トリガ信号入力部、６３  識別信号抽出部、６４  クロック発生部、６５  ＬＰＦ、６６  ＡＤＣ、６７  データバッファ、６８  データ抽出部、６９  信号強度算出部、７０  フーリエ変換部、７１  信号強度算出処理部、７２  時間変化データ生成部、７３  データ出力部、８１  データ抽出回路、８２  フーリエ変換回路、８３  信号強度算出処理回路、８４  時間変化データ生成回路、８５  データ取得回路、８６  信号強度比較回路、８７  判定処理回路、８８  制御回路、９１，９３  メモリ、９２，９４  プロセッサ、１０１，１０２  後方散乱光、１１１〜１２３  信号強度、１１１ａ，１１３ａ，１１５ａ，１１７ａ，１１９ａ，１２１ａ  信号強度。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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