NICTにおけるSLR関連調査研究
国立研究開発法人 情報通信研究機構
ワイヤレスネットワーク研究所 宇宙通信システム研究室

中園 純一
宇佐美 敬之久保岡 俊宏 斉藤 嘉彦 辻 宏之

第3回日本SLR技術連絡会

2024年1月19日

＠東京大学生産技術研究所

本発表の構成
1. 令和5年度のSLR関連活動報告（宇佐美）• 光地上局の位置づけ• 今年度試験観測データ取得状況
2. NICTにおける光地上局整備状況（宇佐美）• サイトダイバーシティのための地上局整備と課題• 安全系データ収集状況
3. 2023年 実験作業報告（中園）• SLR実験（SPACETUNA1）報告• SeCRETS実験報告
4. まとめ第3回日本SLR技術連絡会

2024年1月19日

＠東京大学生産技術研究所

1令和5年度のSLR関連活動報告

第3回日本SLR技術連絡会

2024年1月19日

＠東京大学生産技術研究所

2はじめに：光地上局の位置付け
 NICTでは、 衛星～地上間の安定した光通信を実現する為に必要な高精度な測距精度技術の研究開発を実施
 小金井本部に整備している1.5ｍ望遠鏡において、定常的なSLRを行い、望遠鏡の健全性を担保し、光通信実験のための軌道情報の正確化を目指しているところ
 本発表では、2023年の試験観測データ取得現状と試験観測の統計データ示し、NICTにおける地上局の設備状況を踏まえた今後の展望について紹介する。

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＠東京大学生産技術研究所

3

試験観測データ取得状況：現在のSLRシステムの概要

 ATTODYNE 1kHz レーザは出力不調に伴い使用できない状態
 SURELITE 10Hz レーザを使用して副鏡を避けた光路で送受信別経路での試験観測を継続実施中。
 今後、RGL-532 レーザを導入し2KHz以上のSLRが出来るよう以前使用していたPLZTシャッターを再セットアップし、ピコセックオーダーでのレンジングをする事でより精度を改善する予定。

1.5ｍ 望遠鏡

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＠東京大学生産技術研究所

4試験観測データ取得状況：SURELITEレーザ10HzによるSLR 試験観測状況

tandemx

stellastellastellastellastellalares

lageos2

lageos2

lageos2

lageos2

lageos1

lageos1

lageos1

lageos1

lageos1

jason3jason3

1.5

jason3etalon1

beaconc

beaconc

beaconc

beaconc

beaconc

ajisaiajisai2.0

ajisai2.5

ajisai

RMS, nsec

3.0

ajisai

3.5

geoik2

geoik2

 観測期間：2023/1/1～2023/12/31
 合計観測パス数：32
4.0

1.0
0.5
0.0

 ピコ秒レーザへ本格的に切り替わるまで10HzSURELITEナノ秒レーザを使用して試験運用中だが、ジッターが大きく、RMSの値も現状大きくなっている。
 主鏡全体を使用せず、複鏡によるロスを防ぎ光を発振する方式により、現システムでもLageosやEtalonを取得することができている。
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＠東京大学生産技術研究所

6302040

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stellastellastellatandemx

stellatandemx

stellastellastellastellastella

lares

lares
stellalageos2

lageos2

lageos2

lageos2

lageos2
lageos2

lageos2

lageos2

lageos1

lageos1

lageos1

lageos1

lageos1

etalon1lageos1

NORMAL POINT

lageos10

lageos1

lageos1

jason3jason3jason3

geoik2

geoik2

beaconc

beaconc

beaconc

beaconc

beaconc

ajisaiajisaiFULL RATE

lageos1

jason3jason3jason3

geoik2

geoik2etalon1

beaconc60

beaconc

beaconc50

beaconc

beaconc

ajisai1000

ajisai2000

ajisaiajisai4000

ajisai5000

ajisai10
ajisai3000

ajisai

試験観測データ取得状況：SURELITEレーザ
10HzによるSLR 試験観測状況

07

tandemx

stellastellastellastellastellalares

lageos2

lageos2

lageos2

lageos2

lageos1

lageos1

lageos1

jason3jason3jason3

geoik2

geoik2

lageos1

etalon1
beaconc

beaconc

beaconc

beaconc

ajisaibeaconc

ajisaiajisaiajisaiajisai500.00450.00400.00350.00300.00250.00200.00150.00100.00
50.00
0.00

FR/NP

lageos1

試験観測データ取得状況：SURELITEレーザ
10HzによるSLR 試験観測状況

Pass Count
65455554332
1

10
ajisaibeaconc

etalon1

2
geoik2

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1
jason3lageos1

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lageos2lares

1stella＠東京大学生産技術研究所

tandemx8参考）観測データ一覧
Targetnameajisaiajisaiajisaiajisaiajisaibeaconcbeaconcbeaconcbeaconcbeaconc

Start time

End time

FRNP

FR/NP

RMS(ns)Pass Count

2023/2/21 9:21
2023/4/11 10:26
2023/8/7 10:09
2023/10/26 9:44
2023/11/9 9:20

2023/2/21 9:28
2023/4/11 10:34
2023/8/7 10:25
2023/10/26 9:47
2023/11/9 9:27

2006
3178
307
1615
273

13
17
4
8
5

154.31186.9476.75
201.8854.60

1.8832
1.943
2.2052
1.87622.25315

ajisai2023/10/26 10:25

2023/10/26 10:34

434

12

36.17

1.9047

5

beaconc

2023/12/13 9:26

2023/12/13 9:37

1851

31

59.71

2.05182023/12/20 8:03

2023/12/20 8:13

480

15

32.00

2.367

2023/12/20 9:53

2023/12/20 10:06

1558

26

59.92

1.89582023/12/26 9:14

2023/12/26 9:28

2222

49

45.35

1.8692etalon12023/6/16 11:04

2023/6/16 11:40

4272

9

474.672.373

1

etalon1

geoik22023/12/13 8:38

2023/12/13 8:48

297

10

29.70

3.58762

geoik2

geoik22023/12/20 8:42

2023/12/20 8:52

370

8

46.25

2.05483

jason35

lageos1

4

lageos2

1
5laresstella1

tandemx

jason32023/3/3 10:59

2023/3/3 11:08

502

10

50.20

2.0367

jason32023/8/17 11:36

2023/8/17 11:50

891

17

52.41

2.1566

jason32023/12/26 8:08

2023/12/26 8:19

118

6

19.67

1.4791lageos1

2023/3/3 9:43

2023/3/3 10:23

4725

17277.94

1.9678lageos1

2023/4/3 9:542023/4/3 10:12

2208

5

441.601.9862

lageos1

2023/4/11 9:25

2023/4/11 9:52

2751

10

275.102.0998lageos1

2023/4/11 9:25

2023/4/11 9:52

2731

10

273.102.0658lageos1

2023/4/13 10:12

2023/4/13 10:29

3582

8

447.752.0484lageos2

2023/4/3 9:39

2023/4/3 9:53

1078

7

154.002.0456lageos2

2023/6/16 11:41

2023/6/16 11:51

1127

5

225.402.3414lageos2

2023/10/26 10:34

2023/10/26 11:06

128

2

64.00

1.8226lageos2

2023/11/9 8:14

2023/11/9 8:35

262

5

52.40

2.3948lares
stellastellastellastellastellatandemx

2023/4/11 10:35
2023/4/13 9:47
2023/8/29 10:16
2023/11/28 9:56
2023/12/13 9:57
2023/12/26 10:51

2023/4/11 10:41
2023/4/13 9:56
2023/8/29 10:25
2023/11/28 10:03
2023/12/13 10:05
2023/12/26 10:59

429
204
167
279
818
703

37
5
4
138

143.00
29.14
33.40
69.75
62.92
87.88

2.0456
1.79662.33171.8667
1.95772.065

2023/12/20 8:35

2023/12/20 8:40

245

6

40.83

2.1677
TotalPass

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329NICTの光地上局の整備状況

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NICTの光地上局の整備状況（2024.01現在）
衛星コンステレーション

航空機

ドローン

概要:
 2-m 大型光地上局 (鹿島):今年度中新設
 1-m 光地上局 (小金井, 鹿島, 沖縄):既設
 40-cm 小型光地上局 (小金井、鹿島、神戸):6月末新設済 可搬型光地上局(小金井)
HAPS
1号車:既設
3号車:今年度中新設■ 1.5ｍ SLR光地上局

40-cm OGS 2m OGS
光ファイバー接続

神戸

小金井 鹿島1m OGS

1m OGS

沖縄

40-cm OGS 1-m OGS
40-cm OGS
1.5-m SLR OGS
可搬型光地上局（1号車、3号車）
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ユースケース: あらゆる飛翔体を対象とした通信用テストベッド
 衛星地上間のデモンストレーション LEOコンステレーションの社会実装のデモンストレーション
 新規デバイスの評価用テスト
ベッド
 サイトダイバーシティのデモン
ストレーション

＠東京大学生産技術研究所

11現在、整備している光通信用小型アンテナ（主鏡40cm）

左 1ｍ 中1.5ｍ 右40ｃｍ
小金井本部

鹿島宇宙技術センター
本館屋上

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神戸 未来ICT研究所

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12現在、整備している光通信用大型アンテナ（主鏡2m）
項目

定義値

有効径2050mm

主鏡口径比 F=1.75
F値

F11.7

波面誤差

1/6波⾧@633nm

主鏡素材

ZERODURE

コーティング

アルミ＋SiO

仰角範囲

20～90deg

クレーンにて建築中の建屋にドームを上架する様子
建物が完成次第望遠鏡を搬入予定
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13

SLRを光地上局に展開するための技術課題
 NICTではこれらの光地上局を活用し、衛星〜地上局間で光空間通信を行う場合に、気象条件のよいサイトを選択して、衛星〜地上局間で光空間通信するサイトダイバーシティ技術の研究開発を実施
 サイトダイバーシティ技術により選択したサイトで安定した通信するためには、当然ながら選択したサイトで望遠鏡の粗追尾から可視レーザを利用して行うSLRが必要となる
 各拠点に通信設備とは別のベンチでSLRをセットアップするのが理想だが、複数の課題がある。
① 繰り返しの早い高出力のレーザが必要で、レーザの温度管理や定期的なメンテに高い金額と時間を要する。
② 高性能な受信ディテクター、その他時間管理に必要な部品が多数あり一通り揃えればとても高価になって しまう。
③ セットアップするのにそれなりのスペースを要し、他の通信装置との共存を想定して作られていないと追加でSLRをする事が難しい。
④ 光通信用として開発され製造されたアンテナは、波長が1550nm用で設計されており532nmの波長とは広がり角が大きく異なる為、平行光で長い光路を利用する事が難しい。
 上記のコストとスペース、精度の課題を解決するために、以前から研究されている大坪先生のOmni-SLR技術を活用することができないか検討したい。

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14参考）航空機安全系開発 （4K SKYPOT カメラ画像解析）

Aircraft Tracker

SLR用に開発した安全系の構成図

4K SHD SKYPOT 画像
1秒枚に4K画像を保存

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取得画像から光の動体を検出し，その位置から座標を算出，航空機の現在地を求める．
星はほぼ動かないので検出されない．

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15参考）光通信時の航空機安全系開発 ADS-B 信号による位
置補足

Flight Aware
ブラウザ上でADS-B取得データを地図上でモニタリング，光アンテナの位置との差異で，光アンテナから見た航空機の位置を算出する

Aircraft Watch Server
各安全系とアンテナの向きを確認し，近づくと黄色，最接近すると赤で表示され，レーザ送信をストップする信号を発する．他にもレーダーと同期、ガイドカメラの映像から航空機を検出する機能を兼ね備える。

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16SLR実験（SPACETUNA1）報告

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17

SPACETUNA1について• １UサイズのCubeSat• 再帰性反射材を搭載• LEDを搭載• ミッション• CCRの代わりとして再帰性反射材 を搭載し実験• 将来的に、デブリの位置を測定することを目標に近畿大学が開発

再帰性反射膜
衛星サイ

X:100*Y:100

ズ[mm]*Z:113.5mm

重量[kg]

1.33kg以下

再帰性反射材とは光学上特殊な反射機構であり、 入射した光が光源方向に反射することからCCRの代わりとしてSLR実験を実施

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地上実験
・2022年に3mの距離に目標物を設置し反射特性評価を実施し軌道上実施前の模擬実験を近畿大学と共同で実施
・モックアップ１～３で姿勢による反射特性を検証し実際のSpacetuna1のEMでの再帰性反射材の特性評価のため実施・1.5ｍSLR望遠鏡の地上ターゲットに本再帰性反射材を使用、現行の地上ターゲットと同様にリターンを確認

モックアップ１

モックアップ２

モックアップ3

衛星EMモデルを用いた地上測距

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19

SLR実験
・SpaceTuna1は2021年11月7日（日本時間）にアメリカ合衆国バージニア州のワロップ飛行基地からシグナスにより打ち上げ、9日にISSに到着した
同年12月2日にISSより3機の衛星と共に高度400kmの地球周回軌道に投入
・ISSからの小型衛星放出サービス（J-SSOD）を用いて衛星を放出
・衛星を衛星搭載ケースと呼ばれる特殊なケースに収容しISSのロボットアームを用いて衛星搭載ケースをISSの船外に搬出ISSからの衛星放出

・SPACETUNA1は超小型に設計・ジャイロなどの動力がない
・運用期間は半年
・ISS側の制約でレーザー照射に制約がありISSから約700Km離脱を確認後の実験・実験期間として3月-5月と実験を行い解析中であるが残念ながらリターンを受信を確認できていない

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20

SeCRETS実験報告

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21

SeCRETS実験について（SECuRe lasEr communicaTionS terminal for LEO）
SG+OBC+QSOL機器を構成したSeCRETS装置を2023年8月2日に打ち上げしISSのi-SEEPへ
同8/21に取り付けし次週に船外排出し運用開始
ISS条件や気候の影響から現在に至るまで 1.5m望遠
鏡
計１３回実験実施し継続中
Cバンドのレーザーによる10GHzクロックの物理レイヤ暗号

受信側：可搬型光地上局•口径35cm反射式望遠鏡（クーデ焦点）をトラック（8t）に積載•高速可動鏡を用いた精追尾光学系による受信強度変動の低減•1.5mSLR望遠鏡との同時観測

1m望遠鏡

~30m
可搬型
光地上局

~25m

可搬型光地上局および既設NICT固定地上局の衛星写真(NICT小金井:Google Earthから)可搬型の利点• 公道上を走行可能• 車体を地面に固定可能• 数100 radの捕捉追尾精度

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＠東京大学生産技術研究所

22可搬型光地上局
可搬型光地上局
スペック
・主鏡：35.5ｃｍ
・主副鏡光学方式：リッチー
クレティアン系カセグレン式
・焦点：ナスミスクーデ
・使用波⾧：1550μｍ
・導入対象：衛星追尾・追尾精度：1mrad
・追尾速度：10度/秒
・駆動方式：ダイレクトモー
タードライブ方式

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23

•

SeCRETS実験（構内）

NICT構内での実験

受信光学系系– 可搬局-固定間(200～300m程度)• 時期：2021年11月～2022年12月頃• 変調方式： 10GbpsDPSK• 実験目的：捕捉追尾機能の短距離実環境下における性能評価• 試験項目–––––精追尾機構の性能検証
波面センサー等を用いて大気揺らぎの解析的を実施する。
可搬局単体での性能評価検証。
粗追尾系のポインティング解析及びオープンポインティング精度は別途計測。
本実験からのフィードバックとして改修作業実施。
» 可搬局に乗車しない実験系の考慮（光軸調整として調整が困難）» 迷光対策の徹底» ガイドカメラ等の選定（赤外カメラを使用した場合光軸調整できない）

NICT
光セン
ター

可搬型光地上局の現状駐車位置～300 m

本駐車場にて
可搬型光地上局と送信側設備車両の対向試験を実施

NICT北敷地:駐車場

至近距離ながら対抗通信実験を実施し、機能性能確認を完了

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24

SeCRETS実験（スカイツリー実験）•

NICT構外での実験–

可搬局-スカイツリー間(3km程度、TBD)• 時期：2021年11月頃,2022年12月頃• 変調方式： 10GbpsDPSK

•

実験目的：
–––

•

可搬型光地上局を使った物理レイヤー暗号の実証
捕捉追尾機能の⾧距離実環境下における性能評価
可搬局としての屋外機能試験。

上野公園駅近辺の駐車場

約３km

試験項目
–––

精追尾機構の性能検証
波面センサー等を用いて大気揺らぎを解析的に実施する。
粗追尾系のポインティング解析及びオープンポインティング精度は別途計測。(恒星や衛星を使う必要がある。)

GMとの対応実験にて、物理レイヤ―暗号のカギ生成に成功

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SeCRETS実験•

ISS(SeCRETS)

SeCRETS実験–

ISS-1.5m望遠鏡/可搬局(最短420km程度)
•

実験項目
–

可搬局の追尾性能の計測評価» 軌道計算系から算出されたCPFを入力して、オープン追尾/クローズドループ制御特性を評価する。

民生品を用いた高秘匿暗号装置の宇宙動作実証に成功
光軸の高精度調整を行いながら，現在物理レイヤー暗号による鍵配送実験を実施中

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φ1.5m望遠鏡（小金井）

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可搬型光地上局
（小金井）

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まとめ
■現在は10Hzのナノ秒レーザで試験観測を継続。
1KHz以上で観測が出来るよう2024年度はレーザ改修後に周辺環境を整備し進めてく。
■SPACETUNA1測距やSeCRETS通信実験など、共同研究実験を通じ、より正確な測距を行った上で、安定した通信を行えるよう運用を継続。
■今後はより正確な原子時計を搭載した衛星とのT2L2SLRリンク実験や、スペースデブリ、月測距などの応用実験に既存新設の望遠鏡を利用して行っていく予定。
長期展望：■NICT独自で測地用ルーチン局の維持をおこなうことは困難
光通信やスペースデブリなどの技術開発局として運用を継続■本会活動、共同研究などを通じ、他機関運用局の試験用設備として活用されれば幸い。
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