466 OCT 2017

No.

光衛星通信が開く
超高速ワイヤレス通信の未来

No.466 OCT 2017

国立研究開発法人情報通信研究機構

CONTENTSFEATURE

1

光衛星通信が開く超高速ワイヤレス通信の未来
INTERVIEW

超小型衛星が見せる新たな可能性
豊嶋 守生

4 深宇宙光通信と衛星レーザ測距への応用
スペースデブリの観測に使えるフォトン検出技術

國森 裕生

6 衛星－地上間光空間通信のための環境データ情報収集システム
サイトダイバーシティ効果の検証鈴木 健治

8 光学望遠鏡を用いた人工衛星の光学観測システムの開発
衛星の安全運用・衛星通信実験を支える基盤技術

布施 哲治
ヒ

カ

リ

10 HICALI の開発

静止衛星－地上間の超高速光衛星通信を目指して

久保岡 俊宏TOPICS

12 N ICT の知的財産⑥

電界イメージング装置 ―見えない電波を撮影してその場で把握する―

13 Awards
13 サイバー攻撃誘引基盤 “STARDUST”を開発
INFORMATION

1414

NICTオープンハウス2017 開催のお知らせ

NICTオープンハウス2017沖縄 開催のお知らせ

表紙写真
主鏡の大きさが1 m の光学望遠鏡。衛星からの光を集光することにより衛星からのデータを受信します。超小型光通信機器である小型光トランスポンダ（SOTA）を用いた実験では主にこの望遠鏡を用いて実験を実施しました。この光学望遠鏡
はカセグレン、ナスミス、クーデの3つの焦点面を持っています。
本頁左上の写真が50 kg 級小型衛星に搭載された SOTA です。世界に先駆けて、低軌道衛星と地上間で1.5 ミクロン帯の光通信技術の基礎研究と衛星搭載機器の宇
宙環境における実証を目指し開発されました。最近、量子通信の基礎実験にも成功し Nature Photonics に掲載されました。望遠鏡直径は約5 cm、質量は約6 kg。

O p tic al S a t ellit e C o m m u nic a tio n t o w ar d t h e Fu t u r e o f U lt r a H ig h-s p e e d W ir ele s s C o m m u nic a tio n s

光衛星通信が開く超高速ワイヤレス通信の未来

Interview

超小型衛星が見せる新たな可能性

次々に打ち上がる高精細度な地球観測衛

光通信が実用化されています。日本でも、るようになった多種多様な超小型衛星。宇データ中継衛星（JDRS）の計画が進めら星。商用や研究用、教育用にも多く使われ宙開発は、より我々の生活の身近なところ
で、様々な「便利」をもたらす存在になりつつある。そうしたなか、光衛星通信を中心に、衛星通信におけるデータ伝送技術のブレイクスルーを目指して研究開発を進めれているところです。

── 宇宙通信研究室の体制と、その主な研究テーマはどうなっているのでしょうか。

ているのが、ワイヤレスネットワーク総合

豊嶋の豊嶋守生氏に、その研究内容について生、派遣スタッフなど約50名の体制で研研究センター宇宙通信研究室である。室長伺った。

豊嶋 守生（とよしま もりお）

宇宙航空研究開発機構（JAXA）により光■各国で進む「メガコンステレーション」

ワイヤレスネットワーク総合研究センター
宇宙通信研究室室長

── まず、現代における宇宙通信技術の動1994年郵政省通信総合研究所（現 NICT）
入所。ETS-VI による光通信実験に従事し、その後 NASDA（現 JAXA）出向、ウィー
ン 工 科 大 学 在 外 研 究 を 経 て、OICETS、
SOTA、HICALI 等の衛星搭載光通信機器の研究開発や、光衛星通信及び量子鍵配送等の実験に従事。博士（工学）。

豊嶋向について教えていただけますか。

近年、各国で積極的に進められているのがメガコンステレーション計画 * と呼ばれるものです。これらは宇宙開発そのものを革新する可能性を持っており、また、
そのうちいくつかの計画で光衛星通信の利用が考えられています。

特に光衛星通信の最近の動向としては、

欧米や日本で光データ中継衛星システムの実用化が計画されています。アメリカ航空
宇宙局（NASA）では、ゴダード宇宙飛行センター（GSFC）の LLCD（月レーザー通信実証）計画により、2013年9月打ち上げの衛星を使い、月 – 地上間の距離で622Mbps の 光 通 信 回 線 確 立 に 成 功。 ま た 今

後、LCRD（レーザー通信中継実証）計画

研究室の拠点は小金井の本部と鹿島

宇宙技術センターの2カ所で、研究者や学究開発にあたっています。研究テーマには、電波による衛星通信、光（レーザー）による衛星通信の2つの大きな柱があり、これらを用いて海洋や宇宙空間まで利用可能な
通信ネットワーク環境を展開し、移動体や災害・減災に役立つ衛星通信技術を確立するのが目標です。

近年、世界各国で100 Gbps のキャパシ

ティを超える Ka 帯通信衛星、いわゆるハイスループット衛星（HTS）と呼ばれる衛星がサービスを開始しています。しかし、

HTS はユーザ回線を束ねた衛星と地上とを結ぶフィーダリンクと呼ばれるゲートウェ
イの通信回線容量に限界があり、その通信容量を拡大する技術が切望されています。
当研究室では、この課題への回答として、
光による本格的なマルチギガビット衛星通信技術――次世代の大容量通信の要求を解決する10 Gbps 級の光通信インフラの基礎技術の確立を目指し、研究開発を実施しています。

で、2019年4月に光データ中継衛星シス

テムの静止軌道への打ち上げを予定しています。欧州では、欧州宇宙機関（ESA）が欧州データ中継システム（EDRS）と呼ばれる静止衛星での光データ中継サービスを運用しており、地球環境計測を行うコペルニクス計画で打ち上げられた5機の低高度軌道（LEO）Sentinel 衛星のデータ伝送に、＊ 多数の小型衛星群や無人航空機群を連携・協調させて特定の目的を果たさせるもの。コンステレーションは「星座」の意味で、特に衛星を利用したものを衛星コンステレーションと呼ぶこともある。Google（米）やFacebook（米）を中心に、Space-X（米）、Oneweb（米）、O3b（英）、Leosat（米）、Kaskilo（旧 eightyLEO、独）等、多くの計画が進められている。

NICT NEWS OCT 20171

O p tic al S a t ellit e C o m m u nic a tio n t o w ar d t h e Fu t u r e o f U lt r a H ig h-s p e e d W ir ele s s C o m m u nic a tio n s

光衛星通信が開く超高速ワイヤレス通信の未来
Interview

超小型衛星が見せる新たな可能性■エクストラサクセスを達成した
SOTAプロジェクト

──昨年末に終了した小型光トランスポン
ダ（SOTA）プロジェクトも、その一環ということですね。
豊嶋

SOTA プロジェクトは、光衛星通信技術の超小型衛星への展開を目指して、

6 kg 級 の 超 小 型 光 通 信 機 器（ 小 型 光 ト
ラ ン ス ポ ン ダ、SOTA） を 開 発、 こ れ を
50 kg クラスの宇宙光通信技術実証衛星「SOCRATES」に搭載して実証試験するというもので、民間と協力して計画を進めました。

プロジェクトは2009年にスタートし、その後基本設計、詳細設計を経てフライト

モデルを製作。これを搭載した SOCRATES

衛星は2014年5月に低高度軌道に打ち上げられました。実証実験では、1.5ミクロ

ンレーザー光と独自に実装した誤り訂正機
能を用いて、衛星搭載カメラによる画像を

光通信回線経由で伝送することに世界で初めて成功しました。また、低軌道衛星

超小型衛星に搭載された SOTA。望遠鏡直径は約5cm、質量は約6kg。

として周回中に各国からアクセスできる
ため、フランスの CNES、ドイツの DLR、
カナダの CSA、欧州の ESA 等の世界の宇宙機関と、SOTA を用いた国際共同実験も実

この間、2年以上の運用期間にわたって光SOTA を用いて補償光学（AO）実験にも成来 ICT 研究所と共同）及び国際共同実験を施しました。特に CNES の光地上局とは、通信実験、量子鍵配送基礎実験（NICT 未

ケージの中に様々な機能を詰め込む必要が功しています。

実施。エクストラサクセスを達成することシャープなので、質量による慣性モーメン

光衛星通信実験においては、望遠鏡のオ

ペレーションや通信実験は秋岡エキスパー
ト、小山主任研究員、宗正研究員、竹中研究員が中心に行い、国際共同実験についてはコレフ研究員を中心に企画から実施までができました。

── SOTA プロジェクトで困難だった点、革新的だった点などを教えてください。

行い、偏光測定実験は、カラスコ・カサド

豊嶋

した。

衛星へのレーザー通信機器搭載は、プロは2016年11月をもって終了しましたが、信用してくれなかったレベルの話でした。

研究員と竹中研究員が主に実験を推進しま
SOCRATES 衛星の運用終了に伴い、実験

2

小型衛星の場合、とにかく小さいパッ

NICT NEWS OCT 2017

これ以前の成功例は数百 kg の衛星を用いた実験であり、50 kg クラスの小型
ジェクト立ち上げ時点では誰も可能だとはあります。通信のためのレーザービームはトの安定性に頼れず、姿勢を安定させづらい小型衛星を追尾・通信するのは至難の業です。誰もやったことのない実験だけに過去のデータもなく、設計は手探りで進めていくような状態でした。

材料面でも課題がありました。宇宙では熱に強い材料であることが大前提です。変形してしまうと正確な通信ができなくなってしまうからです。温度変化で熱変形しやすい金属材料は、宇宙では “ ぐにゃぐにゃ ”

SOTA プロジェクトチーム
左から、宗正 康、カラスコ カサド アルベルト、コレフ ディミタル（主に衛星実験担当）、豊嶋 守生、小山義貞、
竹中 秀樹（主に衛星搭載機器開発担当）、鈴木 健治（サイトダイバーシティ担当：P6-7執筆）、久保岡 俊宏（衛星軌道決定担当：P10-11執筆）。ほかに國森 裕生（地上局開発担当：P4-5執筆）、布施 哲治（衛星軌道決定
担当：P8-9執筆）。

と言っていいほど柔らかい。一方で過酷なめの環境データ収集やサイトダイバーシ

非常に高価です。しかし、将来の実用化をるための光学観測による軌道決定技術等

宇宙空間の環境下、熱変形しにくい材料は考える上でも「リーズナブルな価格でミッションを遂行できる」ことは欠かせません。
そこで SOTA プロジェクトでは、構造材に全て安価で入手しやすいアルミ合金を使用しています。これは熱変形しやすい素材なのですが、変形することを計算に入れて、それを打ち消す――いわゆる熱的補償（アサーマル化）を考えた構造設計を行うこと
で、問題を解決しています。

■光衛星通信が開く未来── 現在進行中、さらにこれからのプロジェクトを教えていただけますか。
豊嶋

要素技術の研究において、光フィー

ダリンク技術に関しては光通信用の AO 技術の研究開発が必要であると考えています。また、その他の研究として、大口径望遠鏡を活用したデブリに関する研究、将来の光通信のための気象予測を行うた

ティに関する研究、軌道を精密に決定すを進めています。今後に関しては、超高速先進光通信機器「HICALI」（HIgh speed
Communication with Advanced Laser

Instrument）の開発プロジェクトとして、2021年打ち上げ予定の ETS-IX 衛星に搭載する10 Gbps 級の衛星搭載光通信機器の研ています。例えば多数の超小型衛星を大容量の光通信で結べば、宇宙空間にクラウド的にスーパーコンピュータを構築でき、災害等に対しロバストなシステムも可能になるなど、様々な未来が想定できると思います。今後、世界各国で加速するであろう光
衛星通信技術の実用化やビジネスモデル構築を目指した動きがますます注目されます。

究開発を推進しており、光フィーダリンクの基礎技術の実証を目指しています。

── 光衛星通信の発展によりどのような展
望がもたらされるか、ユーザからの期待や社会へのインパクトについてお聞かせください。
豊嶋

光データ中継衛星の利用を中心に、アジア、アメリカ、ヨーロッパ各地で、光衛星通信の利活用は更に進んでいくものと考えられます。

SOTA プロジェクトの成功を受けて、メガコンステレーションの構想や光通信シス
テムを適用する動きは、いよいよ活発化し

NICT NEWS OCT 20173

O p tic al S a t ellit e C o m m u nic a tio n t o w ar d t h e Fu t u r e o f U lt r a H ig h-s p e e d W ir ele s s C o m m u nic a tio n s

光衛星通信が開く超高速ワイヤレス通信の未来

深宇宙光通信と衛星レーザ測距への応用

スペースデブリの観測に使えるフォトン検出技術

皆 りとした流れ星のように飛行していさんは人工衛星が、夕暮れにゆっく

静止衛星となると、赤道上空36,000 km

うか？ NICT 宇宙通信研究室では、宇宙 –るところをご覧になったことがあるでしょ

自然の衛星、月があり、地球から静止衛星の約10倍の38万 km の距離があります。

地上統合ネットワークを研究しており、人工衛星と電波や光で通信し、また探知する技術の開発と実験を国内外の機関と協力して行っています。本記事では深宇宙と呼ばれる超遠距離との通信に使う光の要素技術について紹介します。

■背景

國森 裕生（くにもり ひろお ）ワイヤレスネットワーク総合研究センター
宇宙通信研究室主任研究員
大学卒業後、1981年に郵政省電波研究所（現 NICT）入所。時空計測、電気通信標
準化、衛星レーザ測距、光宇宙通信の研究に従事。

人類最初の人工衛星スプートニクが1957年 に 打 ち 上 げ ら れ て か ら60年、人工衛星は地球近傍を中心に現在では
約1,000機が通信、気象、地球観測の分野で運用されています。最も明るい人工天

体は、1980年代から建設が始まった国際
宇宙ステーション（ISS）で高度約400 kmのところを飛行しています。地球の半径が約6,400 km ですのでその6〜7% のところ、地球全体からみれば地表すれすれといってもいいくらいの距離です。ほとんどの衛星がこのような高度1,000 km 以内の低軌道で地球を周回しています。さらに、を飛んでいます。その先には地球の唯一のその先は「はやぶさ」などでおなじみの深宇宙と呼ばれる探査の世界ですが、最も近い惑星、金星の最接近でも月との距離の約100倍、4,200万 km です。深宇宙とは一意の定義があるわけではありませんが、国際電気通信連合では電波の利用の観点から

200万 km 以遠をそのように呼んでいます。
深宇宙との通信では、距離の2乗に反比例し減衰する電磁波のエネルギーを検知する
ために、大出力の送信機、高感度（大型アンテナ、低雑音）の受信機が必要です。

また、別の観点から、60年前はわずか1機だった衛星が、現在では1,000機も運用されています。これに伴い、スペースデブリと呼ばれる宇宙ゴミ（ロケットの一部や運用済み衛星、破片）が、把握している

約10 cm 以上のものだけで2万個、小さくて不明なものも含めると数十万個発生していることが問題となっていることはご存知でしょうか。宇宙通信の応用で開発している通常のレーザレーダーは、再帰性ミラーを搭載した衛星を対象としているため、ス

図1 高感度折り返し通信実験と衛星レーザ測距（実験イメージ）

4

NICT NEWS OCT 2017

ペースデブリに光を当てても散乱してしまいます。このため、スペースデブリの把握にはハイパワーのレーザと高感度の受信機が必要となります。図1に実験イメージを示します。

図2 NICT 小金井局1 m 級望遠鏡配置

図3 1.5 m 望遠鏡による衛星レーザ測距■光地球局
NICT 本部（小金井）には図2に示すように複数の1 m 級望遠鏡があり、光地球局として運用しています。このうち、1.5 m

望遠鏡と75 cm 望遠鏡を用いてスペースデブリの観測システムを構築してきました。1.5 m 望遠鏡による衛星レーザ測距の写真を図3に示します。移動する衛星へ向

けて正確に光パルスを伝送するため望遠
鏡ジンバルの追尾精度を1秒角オーダで制御する装置、高出力パルスレーザ（探知用のナノ秒：1ナノは10億分の1）、ピコ秒
レーザ（1ピコは1兆分の1）、パルスの時間の位置で情報を変復調する PPM（Pulse
Position Modulation）送 受 信 装 置、 単 一

図4 SSPD による SOTA 信号フォトンカウント例

フォトン検出器が含まれます。

距離を精密に計測するための基となる周波数（10 MHz）は NICT が維持している

UTC（NICT）から光ファイバーを介して使用しています（図2 赤線）。

■超高感度リンクの確立
NICT は本分野で国際共同実験を推進して い ま す。Space Environment ResearchCenter（SERC）は2014年に豪州で設立された官民共同の研究組合でスペースデブリの観測、予測、除去の研究を行っています。NICT はレーザ測距技術を用い、2015年度には、現在小惑星に向けて飛行中の日

本のはやぶさ2衛星が地球 SWING-BY 通過

時に光リンクをつくる共同実験を JAXA、
国立天文台、千葉工業大学とともに実施
しており、このうち SERC のシステムで約600万 km の距離で UPLINK を確立しました（JAXA–WEB http://www.hayabusa2.
jaxa.jp/topics/20151225_02_e/）。

■今後の展望
超高感度な通信方式のアプリケーション

また、NICT 未来 ICT 研究所で開発されについて日本で進めている次期技術試験衛一フォトン検知器：SSPD）の1つを1.5 m

るため、本文でご紹介した SERC や西オー

射微弱信号検出を行う研究も実施中です。

研究を締結し、スペースデブリ観測と光宇ンレベルの受信に成功しました。図4にる AO（補償光学）技術について情報交換示します。2種類の SSPD のうちアレイ型

空の大気ゆらぎの測定のためのシステム仕た。現在4Pixels SSPD の性能確認のため地向け、深宇宙探査ユーザの要求を収集しなアップを行っています。

ンの基盤的技術を開発していきます。

た超高感度の検知器（超電導ナノワイヤ単星に搭載する光通信装置を高感度に受信す

光地上局にて運用し、光通信の折り返し反

ストラリア大学などの豪州関連機関と共同

低軌道衛星 SOTA からの信号のフォト

宙通信共通課題である大気ゆらぎを補正す

SOTA 衛星からのフォトンのカウント数をを行っています。これを基に NICT の局上の4Pixels SSPD にだけ信号が得られまし様を作成するなど深宇宙通信の課題解決に

上局における通信、計測システムのレベル

がら、日本として将来の探査衛星ミッショ

NICT NEWS OCT 20175

O p tic al S a t ellit e C o m m u nic a tio n t o w ar d t h e Fu t u r e o f U lt r a H ig h-s p e e d W ir ele s s C o m m u nic a tio n s

光衛星通信が開く超高速ワイヤレス通信の未来

衛星－地上間光空間通信のための環境データ情報収集システム

サイトダイバーシティ効果の検証

衛 増大化に対応するため、電波であれ
星通信や地球観測衛星の通信容量の的晴天域分布等の環境データ情報の長期的ば帯域を広く確保するため、より高い周波数への移行や、さらには光空間通信の利用

収集システムを構築し、サイトダイバーシティ
技術の確立を目指しています。

が期待されています。高い周波数の電波の場合、雨による降雨減衰に対する対策が必要となりますが、光空間通信となると地上局の上空に雲があるだけで光空間通信がでつながれた複数の地上局の間で、図1に示す

データ情報収集装置を置いて、各観測局で信回線の確立が可能な地上局を選択する“サ

1983年郵政省電波研究所（現 NICT）入所。
以来、衛星管制技術、移動体衛星通信の研究、MVL の研究、JEM 開発、小型衛星を用いた研究、RF・光マルチフィーダリ
ンクに関する研究に従事。

環境データ情報収集システムは、図2の日本地図上で北は北海道大樹町から南はとおり、どこかに晴れ間があって光空間通ワイヤレスネットワーク総合研究センター
宇宙通信研究室
主任研究員■環境データ情報収集システム

きなくなってしまいます。衛星 – 地上間光空間通信において、地上のネットワークで鈴木 健治（すずき けんじ）

な収集・蓄積・解析を行う環境データ情報

イトダイバーシティ”が有効と考えられます。
これまで気象衛星「ひまわり」やアメダス

等の気象庁のデジタル気象統計情報を利用したサイトダイバーシティ効果を解析する
研究は行われてきていますが、実際に地上局間で定量的・統計的に環境データ情報を蓄積し解析処理された例はありませんでした。そこで、解析可能な雲量・雲高、統計

沖縄まで全国10ヵ所に、図3のような環境取得した環境データ情報をセンター局のサーバに集め、データベースに蓄積し統計処理・解析するためのものです。環境デー
タ情報収集装置には、環境データ情報として晴天域を識別するための全天カメラ、雲の量と高さを計測するための雲量・雲高計と各種気象センサーが装備されています。
図2のリアルタイム環境データ情報表示例

では10局のうち4局が光通信可能という判定となっています。

図1 サイトダイバーシティによる光空間通信回線確立イメージ

6

NICT NEWS OCT 2017

図2 リアルタイム環境データ情報表示例（http://sstg.nict.go.jp/OBSOC/）

図4 SOTA 実験時の晴天率（光空間通信が確立できた場合）

図3 環境データ情報収集装置外観（大樹町多目的航空公園内）
図5 SOTA 実験時の晴天率（光空間通信が確立できなかった場合）■環境データ情報を用いた晴天率解析
2014年6月1日 か ら2015年5月31日 までの1年間の年間晴天率を計算したところ

神戸56.8%、小金井56.4%、鹿島54.4% が良い結果となり、次いで北陸45.3%、沖縄
47.2% と思ったほど悪くない結果となりました。九州のはがね山は35.3％と低くなっています。

2014年8月 か ら12月 の 期 間 に お い て

SOTA* を使った周回衛星光空間実験時間帯に晴れ間があって実験が可能であった場合と、雨または曇りのため実験ができなかった場合の環境データ情報から計算された実験時間帯1時間の晴天判定による晴天率を比較しました。天候状況によって衛星からの光のビーコン信号が受信または光空間通信回線が確立できた13回の晴天率の平均は79.5%（図4）でした。全天カメラの画像（1）のように快晴の場合がほとんどですが、全天カメラ画像（2）のように晴天

率は40% でも雲がまばらで晴れ間があって実験ができた時もありました。また、全■今後の研究目標―サイトダイバーシティ効果の検証―

光空間通信に使用するレーザ波長と環境

天カメラ画像（3）では薄雲が全天を覆っ

データ情報との相関を検証し、季節変動を過し実験が成立したこともありました。次

データ情報を継続的に収集・蓄積解析し25回の晴天率の平均は13.7%（図5）とい実証します（例えば、年間を通じて日本ののように全天が雲に覆われた状態がほとん

バーシティが組めるかなど）。また、将来

天率が75％でも薄雲に覆われていたため情報から光空間通信可能な地上局の予測を全天カメラ画像（6）のように降雨の後で討する予定です。

て晴天率が0% の場合でも、レーザ光が透とらえるため、少なくとも3年以上の環境に、光空間通信回線が確立できなかったて、サイトダイバーシティ効果の有効性をう結果となりました。全天カメラ画像（4）

どこの局を何局使えば効果的にサイトダイ

どでしたが、全天カメラ画像（5）では晴

的には周回衛星通過時における環境データ

レーザ光が透過せず実験できなかったり、

行い、最適地上局の選択アルゴリズムを検

曇りにもかかわらず晴天率が83.3% と判定されたこともありました。以上のとおりば
らつきはあるものの平均的には晴天率の妥
当性が確認されました。

＊ SOTA（Small Optical TrAnsponder）超小型光通信機器

NICT NEWS OCT 20177

O p tic al S a t ellit e C o m m u nic a tio n t o w ar d t h e Fu t u r e o f U lt r a H ig h-s p e e d W ir ele s s C o m m u nic a tio n s

光衛星通信が開く超高速ワイヤレス通信の未来

光学望遠鏡を用いた人工衛星の光学観測システムの開発
衛星の安全運用・衛星通信実験を支える基盤技術

人 軌道を把握することは、衛星の安全
工衛星の位置を正確に知り高精度の受けたこともあり、2011年度中に新規架運用や衛星通信実験の実施を支える基盤技術です。ワイヤレスネットワーク総合研究

計算機を刷新、静止衛星に加えて低軌道衛星の撮像も行えるように改修し、あらゆるセンターの鹿島宇宙技術センター（以後、
鹿島センター）と NICT 本部（東京・小金井市）にある光学望遠鏡に超高感度カメラを取り付け、人工衛星の光を背景の星像と共に撮像、得られた画像データから人工衛星の位置を測定し、最終的には衛星の地球ワイヤレスネットワーク総合研究センター
宇宙通信研究室主任研究員
1999年大学院博士後期課程修了。国立天文 台 ハ ワ イ 観 測 所 を 経 て、2010年 NICT入所。軌道力学や光学観測技術を基に次期技術試験衛星に搭載の光通信機器や衛星光通信地上局システムの研究開発に従事。電気通信大学客員准教授を兼務。
博士（理学）。

衛星の光学観測に対応できるシステムになりました。

■静止衛星をとらえる
新観測システムに搭載されている超高感

周回の運動を明らかにする技術開発を行っ

度 CCD カメラは GPS 同期ルビジウム時刻

来の衛星光通信用地上局の開発にも役立てにより制御されており、カメラシャッターています。また、得られたノウハウは、将布施 哲治（ふせ てつはる）

台に交換するとともに CCD カメラや制御られます。

周波数発生器を用いた制御計算機システム

速度は30マイクロ秒の精度で撮像のタイミングが計れるように製作されています。
同カメラと広視野の望遠鏡を組み合わせる■背景
鹿 島 セ ン タ ー で は、1990年 代 か ら2台の広視野の口径35 cm 光学望遠鏡を用いた人工衛星の光学観測を実施していまことで、横方向1.6度、縦方向1.1度という、満月6個分の視野を一度に撮像することが可能です（図2）。

静止衛星を観測するには、望遠鏡を衛星す（図1）。設置当時の望遠鏡システムは、の方向に向けた後に静止させて撮像しま

衛星に特化したもので、見かけの移動速度て恒星の見かけの位置は移動していき、露地上から眺めると見かけの運動がない静止が高速な低軌道衛星の光学観測には対応できないものでした。同望遠鏡システムは2011年3月の東日本大震災の際に被害をす。この状態では、地球の自転運動によっ
出時間に応じた長さの線像に写ります。一方の静止衛星は、その名のとおり地球の自転と同じ角速度で運動していることから、地表に対しては静止しており点像の姿として写ることになります。

図3は、 超 高 速 イ ン タ ー ネ ッ ト 衛 星「きずな」（WINDS）の方向に望遠鏡を向けて撮像した画像データで、きずなは画面右下に点像となって写っています。一方、左上にも点像が見られ、背景の恒星との相対位置関係から位置を測定、データベースと比較したところ CHINASAT 5A 衛星（中国）であることが判明しました。

各衛星の運用者は自身の衛星の位置は電波による測定から把握していますが、周辺の他衛星やスペースデブリ（ロケットの残骸や使用済みの衛星など）の状況を知るに
図1 研究本館屋上の2台のドーム

8

NICT NEWS OCT 2017

図2 観測準備風景

は他国の情報に頼らざるを得ない状況で

CHINASAT 5A衛星

きずな

図3 きずな（右下）と CHINASAT 5A 衛星（左上）

図4 高速に移動する ISS

図5 口径25 cm 可搬型望遠鏡

図6 特別な機器を使わずに観測できる可搬型望遠鏡の観測システム（実験工程記録のためスマートフォンで PC 画面撮影中）

す。混雑する静止軌道上で衛星を安全に運用したり、スペースデブリの接近・衝突の危険から衛星を守ったりするには、本観測システムの利用が有効であることが認められています。

■低軌道衛星をとらえる
望遠鏡を恒星の運動を追従する恒星追尾

モードにして撮像すると、恒星は点像となります。例えば、宇宙航空研究開発機構から提供される国際宇宙ステーション（ISS）の位置予報情報を基に、通過が想定される
夜空に望遠鏡を向け恒星追尾で撮像すると

図4のような写真が得られます。一般的に提供される情報は精度の低いものですが、広視野光学系の本観測システムでは精度のロケットの開発者や運用者からも注目され高速移動する低軌道衛星のため、架台としれています。

せながら、衛星が放つ通信光を撮像しました。

ており、これまでに数多くの方が視察に訪■ NICT 本部の可搬型システム
鹿島センターの望遠鏡システムは移動することはできませんが、NICT 本部の口径1.5 m 望遠鏡に同架させた口径25 cm 望遠

鏡とデジタル一眼レフカメラからなる装置
は、将来的には可搬型観測システムとして活躍する予定です。利用している一眼レフ
カメラは内蔵の赤外線カットフィルターを取り除くなどの改造を施しており、近赤外することで、可搬型ながら高精度な衛星軌
道が得られるシステムとなることに期待が寄せられています。

■今後の展望これまで蓄積してきた衛星観測技術の応用範囲は広く、現在のように安全な衛星運用や衛星通信実験を支えるだけでなく、世界的に整備が急務とされる宇宙状況監視（Space Situational Awareness： SSA）体

図6は、NICT 本部の口径1 m 望遠鏡と光とができます。また、今後打上げ予定の衛ています。

通信を行う超小型衛星 SOCRATES を可搬型提供された位置情報よりも高精度な軌道がメラは離れた制御室にあるノート PC から得られる仕組みです。本システムは衛星や今後さらに時刻精度が高いカメラに変更

線で光通信を行う衛星の撮像も可能になっ低い位置予報でも、おおよそ視野の中に衛星は入ります。本観測システムを用いれば、て利用する口径1.5 m 望遠鏡を恒星追尾さ望遠鏡にて試験観測している様子です。カコントロールできます。SOCRATES 衛星は制においてはノウハウをそのまま生かすこ星が投入される軌道周辺における他衛星やスペースデブリの状況把握に役立つとともに、衛星光通信用地上局の開発にも観測技術は転用されていく予定です。

NICT NEWS OCT 20179

O p tic al S a t ellit e C o m m u nic a tio n t o w ar d t h e Fu t u r e o f U lt r a H ig h-s p e e d W ir ele s s C o m m u nic a tio n s

光衛星通信が開く超高速ワイヤレス通信の未来

ヒ

カ

リ

HICALI の開発

静止衛星–地上間の超高速光衛星通信を目指して

宇 軌道に打ち上げ予定の次期技術試験（SOTA: Small Optical TrAnsponder）を搭ます。本衛星での通信は、Ka 帯の電波と、の地球局（沖縄、鹿島）との間で通信実験

宙通信研究室では、2021年 に静止衛星に搭載する通信機器の開発を進めていレーザー光という２種類の電磁波を用いた「ハイブリッド」であるという特徴がありを実施しました。これは、小型衛星と地上局間で行われた初めての光衛星通信実験に状況について紹介します。

予定の次期技術試験衛星では、赤道上空

これらの経験を基に、2021年打ち上げ

36,000 km の静止軌道にある衛星との間
で上り、下り共に 10 Gbps という世界最NICT では、1980年代からレーザー光を

大学院修了後、科学技術振興事業団科学技術特別研究員（派遣先：海上保安庁水路 部 海 洋 研 究 室 ） を 経 て、2000年 通 信
総 合 研 究 所（ 現 NICT） 入 所。 人 工 衛 星の光学観測〜軌道決定の研究に従事し、2015年から光衛星通信の研究にも参画。
博士（理学）。

載し、主に NICT 本部（東京・小金井市）

なります。

■光による衛星通信

ワイヤレスネットワーク総合研究センター
宇宙通信研究室
研究マネージャーソ ー タます。本記事では、次期技術試験衛星での光を使った衛星通信の目標や、機器の開発

久保岡 俊宏（くぼおか としひろ）

50 kg 級の超小型衛星に小型光ターミナル

用いた光衛星通信の研究を進めてきました。1994 年に打ち上げられた「きく6号」
では、人工衛星と地上とで世界最初の双方向光伝送実験に成功し、2005年に打ち上
オ イ セ ッ ツ

げられた「きらり」（OICETS）では、世界初の地上 － 低軌道衛星間でのレーザー通信実験（伝送速度10 Mbps）を実施しました（図1）。2014 年に打ち上げられソ ク ラ テ ス

た宇宙光通信技術実証衛星（SOCRATES:

Space Optical Communications Research
Advanced TEchnology Satellite） で は、

高レベルの地上 － 静止衛星間の光データ伝送を可能とする超高速光通信システムを実証し、光フィーダリンクの基礎技術を確立する計画です。この次期技術試験衛星に搭載する光通信機器を HICALI（HIgh Speed
Communication with Advanced Laser

Instrument）と呼んでいます（図2）。

■搭載機器
HICALI は、送受信の信号を処理する光コンポーネント、電波を使った通信機器との接続のためにデータ変換を行う部分、

レーザー光を送受信する望遠鏡、精密に地上のターゲットに指向するための粗捕捉及び精追尾機構からなります。HICALI では、波長が1.5 μm の近赤外線のレーザー光を用いる予定です。この波長域は、地上での光ファイバーを使った通信で広く用いられているため、地上の光通信ネットワークで利用された超高速デバイス、装置、方式などを宇宙光通信に適用することができます。ただし、10 Gbps クラスの超高速光通信に使えるデバイスは、まだ宇宙空間での開発・実証がなされていません。このため、地上用のデバイスを使うことになるのですが、そのためには宇宙空間の放射線などの過酷な条件下で長期間壊れないようにすることが必要です。主要な光通信デバイスに
図1 光衛星通信における伝送速度向上のトレンド

10

NICT NEWS OCT 2017

ついては、宇宙空間での環境耐性や信頼性

受信光の波面ゆらぎ

送信光の波面ゆらぎ補正された波面

RF

光受信器

可変形鏡1

制御装置

波面センサ
光送信器

計算機

可変形鏡2

図2 次期技術試験衛星における光衛星通信実験の概念図

図3 上りと下りの両方の光信号に対応した補償光学（AO）システムを確保するためのスクリーニングプロセスの確立を目指し、信頼性が確保できたものを採用していく予定です。また、複数の波長のレーザーを使うことで、光ファイバーを使った地上での高速通信に用いられている光波長多重通信（WDM：Wavelength
Division Multiplex）の衛星 － 地上間光通信での実証も目指しています。

■地上局に関する技術的課題
静止衛星と地上局間の光衛星通信には、

衛星方向に雲があると通信光が遮られて通図4 衛星－地上間の光通信におけるサイトダイバーシティの概念図

信ができない、大気のゆらぎの影響を受けやすいといった問題点があります。天文観測の分野では、大気ゆらぎの影響を軽減するために、星の像の乱れをシャックハルト
マンセンサー * などの波面センサーで観1測し、可変ミラーを変形させて対象となる天体の像の乱れを補正するという補償光学（AO: Adaptive Optics）の技術が普及してきています。ところが、光衛星通信の場合
は、対象の衛星が動いていることによって生じる光行差 * を補正する必要があり、
2

天文用の AO システムはそのまま使うことができません。現在、我々は光行差を補正し光通信への適用を可能にする AO システムの開発に着手しています（図3）。また、天文用としては宇宙からの光に対する大気のゆらぎの影響を補償すればよいのに対し補償を行う方式を提案しています（平成for Space Data Systems）では、衛星内、

一方、雲の影響を回避するためには、全宇宙データの通信・交換の標準的方式の議29年1月特許出願）。

天カメラ、雲量計等からなる環境データ計論が進められています。この検討会では、こから得られたデータを基にどのエリアが技術などについて議論が進められています。

のエリアにある地上局との光通信を行うと開発したシステムを広く普及させることを

号 P6-7参照）を目指しています（図4）。

化の議論への提案も進めていくことを計画

測装置を日本全国の10カ所に配置し、そ用いるレーザーの波長、通信方式、符号化

晴れて光通信が可能かどうかを予測し、そHICALI の開発においては、将来的にはいうサイトダイバーシティの実証（本特集

対しても大気のゆらぎの影響を軽減する必

フィーダリンクに置き換わる可能性のある

信開口より広い受信開口でセンシングし、伝搬路が異なる波面を推定することで波面しています。

HICALI で実証を目指している光フィー

ダリンクについては、将来的に、通信の大要があります。後者については、波面を送念頭に、標準的な技術の採用と共に、標準■今後の展望て、双方向の光衛星通信の場合、地上から衛星に向けて照射するアップリンクの光に

衛星 － 地上局間及び深宇宙 － 地上局での容量化に伴い帯域が逼迫している電波での技術であると考えています。現在、宇宙
データシステム分野における標準化活動である CCSDS（The Consultative Committee＊1 シャックハルトマンセンサー
高速で撮影可能な撮像素子の前に２次元のマイクロレンズアレイを配したデバイス。光の波面形状や強度分布を高速に測定するために用いる。
＊2 光行差（こうこうさ）
観測者が光を出している物体に対して相対的に動いているとき、光の方向がずれて見える現象のこと。

NICT NEWS OCT 201711

N I C T の知 的 財 産 ⑥

電界イメージング装置―見えない電波を撮影してその場で把握する―
電波や電磁界は、私たちの周囲にあまねく存在しますが、人間の目には映りません。これらを撮影し、その場で動画として表示する技術が、本発明の電界イメージング装置「電界カメラ」です。アンテ
ナから放射される電磁界や回路を巡る電気信号はどのように振る舞うのか？ 電界カメラを用いると電波や電磁界がリアルタイムで映像化されるため、それらの挙動の実際を即座に把握できます。
■技術の概要・適用分野等
電界カメラの外観が図1a に示されています。手前の黒い部分が下向き観察窓です。図1b にはその内部構成
が、市販 Bluetooth モジュールからの電波放射を撮像する例と共に示されています。そこでは、放射電波の電像で観察する手法の有効性や効率性は高く、作業時間の大幅短縮という大きなメリットがもたらされると期待されます。
本技術に興味をお持ちの産学の方は、下記連絡先までお問い合わせください。

界により結晶板の屈折率が変化する電気光学効果が、超並列性を有する高速 CMOS イメージセンサと組み合わされています。
図2には、モジュール基板に実装されたチップアンテ
ナ（図1c）の一部から電波が放射される様子がコマ送り図（対応する動画像：http://lei-camera.nict.go.jp/）
により示されていますが、電波の振る舞いの詳細が一目で分ります。最新の電界カメラ技術では、撮影可能な電波や電磁界の周波数は自動車のミリ波レーダーより高い100 GHz に及び、微細な電界映像の分解能はミ
クロン領域に達しています（詳細 : https://www.nature.
com/articles/s41598-017-08442-8）。
顕微鏡、望遠鏡、赤外カメラなどのように、肉眼で見えなかった身近なものをその場観察可能とした技術は広範な応用を生み出しましたが、高周波の電波や電磁界をその場で可視化する電界カメラにも大きな展開が期待されます。その適用範囲は電気を扱う分野全般

図1

電界カメラ１号機外観（a）、内部構成（b）、実装されたチップアンテナ（c）

で多岐にわたりますが、思いもよらない新規分野が出現するかもしれません。
■利用・応用・連携先の探索
試作電子回路基板、テスト IC チップや試作アンテナの動作解析、エレクトロニクス機器の故障解析、高周波回路に発生するノイズの対策などが、電界カメラ技術の当座の適用対象と考えられます。リアルタイム映〈特許情報〉

公 開 番 号：特開2017-156248

発明の名称：電界イメージング装置

12

NICT NEWS OCT 2017

図2

光学像（図1c）に重畳表現させた電波放射撮影結果（コマ送り）〈連絡先（問合せ等）〉

イノベーション推進部門
TEL: 042-327-6950

知財活用推進室

FAX: 042-327-6659

情報処理学会論文賞は情報処理学会創立10周年を記念して、昭和45年に創設された賞です。機

関誌に発表された論文（2016年度の対象論文は591編）のうち、特に優秀な著者に授与されます。

一般社団法人

情報処理学会

平成28年度 情報処理学会論文賞

IPSJ Best Paper Award (2016)～『早期インシデント対応を目的とした DRDoS 攻撃アラートシステム』～

概要

牧田 大佑（まきた だいすけ）
サイバーセキュリティ研究所
サイバーセキュリティ研究室
研究員

NICT サイバーセキュリティ研究所では、インターネット上の
DNS、NTP サーバ等のサーバ群を悪用して通信を増幅させるリ
フレクション型サービス不能攻撃（DRDoS 攻撃）を迅速に検出

井上 大介（いのうえ だいすけ）

するために、横浜国立大学、ドイツの Saarland 大学、NICT とのサイバーセキュリティ研究所
サイバーセキュリティ研究室室長

共同研究により開発した DRDoS 攻撃を観測するおとりシステム「AmpPot」により、DRDoS 攻撃の発生を早期に通知するアラー

中尾 康二（なかお こうじ）

トシステムを提案、有効性を実証しました。

サイバーセキュリティ研究所
筆頭執筆者の牧田大佑研究員
主管研究員

本研究成果について発表した論文『早期インシデント対応を目的とした DRDoS 攻撃アラートシステム』が、平成28年度情報処受賞の言葉

理学会論文賞を受賞しました。

本論文では、DRDoS 攻撃と呼ばれる DoS 攻撃の発生を通知す

るアラートシステムを提案し、そのシステムを実際に構築・運用することで、その有用性を検証しました。情報処理学会の論文誌において、このような栄誉ある賞を頂けたことを誇りに思います。

協力組織（ISP 等）への DRDoS 攻撃
アラート提供また、本受賞に際し、ご支援を頂いた方々に深く感謝致します。

data●受賞日：2017年6月2日●共同受賞者：西添友美（NTT コミュニケーションズ株式会社）、

ラートシステム』が2016年度情報処理学会論文賞にふさわしい究院准教授）、松本勉（横浜国立大学大学院環境情報研究院／先吉岡克成（横浜国立大学大学院環境情報研究院／先端科学高等研●受賞内容：『早期インシデント対応を目的とした DRDoS 攻撃ア

端科学高等研究院教授）

優秀な論文と認められたため

ス

タ

ー

ダ

ス

ト

サイバー攻撃誘引基盤“STARDUST”を開発
政府や企業等の組織を精巧に模擬した「並行ネットワーク」に攻撃者を誘い込み、その攻撃活動をステルスに長期観測することで、従来では収集が困難であった攻撃者の組織侵入後の詳細な挙動が、リアルタイムで把握可能に。

■Interop Tokyo 2017で話題をさらった STARDUST

詳細な挙動をリアルタイムに把握可能にするサイバー攻撃誘引基盤「STARDUST」を開発しました。
「並行ネットワーク」

標的型攻撃に代表される政府や企業等の組織をねらったサは数時間程度で構築可能で、その上では組織の情報資産を模イバー攻撃では、メール等に添付されたマルウェアが使用さした情報が配置された各種サーバや数百台のPCが実稼働し、れますが、その対処は被害後のマルウェア解析にとどまって

あたかも実在の組織のように振る舞います。Interop Tokyo

おり、組織への初期侵入情報しか得られませんでした。

2017で動態展示を行い、複数のメディアがSTARDUSTの稼働

NICT サイバーセキュリティ研究所では、標的型攻撃等のサの様子を取り上げました。

イバー攻撃対策として、政府や企業等の組織を精巧に模擬しSTARDUST は、実データセットを自ら作り出せる研究基盤

た「並行ネットワーク」に攻撃者を誘い込み、その攻撃活動として、産学及びセキュリテイ関係機関との共同利用などをを攻撃者には察知できないよう（ステルス）に長期観測する進めながら、攻撃者観測のステルス性高度化等の開発を行い、ことで、従来では収集が困難であった攻撃者の組織侵入後の原因・攻撃者特定技術の確立を目指します。

NICT NEWS OCT 201713

11月9日（木）・10（金）9：30～17：00※10日は16：30まで。無料、事前申込不要（一部除く）

NICT では、最新の研究成果を講演、ラボツアー、ワークショップ、技術展示でご紹介する。
「NICT オープンハウス 2017」を開催します（詳細は Web サイトをご確認ください）
ラボツアー（一例）【11 月 9 日（木）：午前】

特別講演：坂村

健氏

INIAD（東洋大学情報連携学部）学部長【11 月 9 日（木）：午後】

ワークショップ：IoT、ビッグデータ、オープンイノベーション
に関するパネル討論

光・電子融合デバイス作製環境（クリーンルーム）【11 月 9 日（木）・10 日（金）】技術展示：最新の研究成果についての展示【11 月 9 日（木）・10 日（金）】講演会：NICT の研究者による最新の研究成果の講演【11 月 9 日（木）・10 日（金）※事前申込制】

ラボツアー：研究施設見学による、最新の研究活動のご紹介

会場：情報通信研究機構本部〒184-8795
東京都小金井市貫井北町4-2-1

人工衛星との光通信を可能にする
大型望遠鏡

お問い合わせ：情報通信研究機構 広報部
TEL : 042-327-5322
http://www.nict.go.jp/

鉄塔見学ツアー（平成28年度）

沖縄電磁波技術センター施設一般公開
NICT
オープンハウス
2017
日

時

会

場

2017年

11月 23日（木・祝）

10:00 〜 16:30（受付は16:00まで）
沖縄県国頭郡恩納村字恩納4484

主な内容＊電波・光に関する実験・体験コーナー＊施設見学ツアー、展示室公開

気象ゾンデ放球実演（平成28年度）＊総務省沖縄総合通信事務所の紹介＊電波監視車両の展示、おもしろ電波教室
沖縄電磁波技術センター（ドローン空撮写真）

NICT NEWS No.466  OCT  2017

編集発行

国立研究開発法人情報通信研究機構 広報部

NICT NEWS 掲載 URL http://www.nict.go.jp/data/nict-news/

詳細〒184-8795 東京都小金井市貫井北町4-2-1
TEL: 042-327-5392    FAX: 042-327-7587
URL: http://www.nict.go.jp/
Twitter: @NICT_Publicity

http://okinawa.nict.go.jp/

ISSN 1349-3531 (Print)
ISSN 2187-4042 (Online)〈再生紙を使用〉