JP2001223644A

JP2001223644A - 衛星間の接続方法および装置

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Publication number: JP2001223644A
Application number: JP2000390414A
Authority: JP
Inventors: Edgar Fischer; エドガー・フィッシャー; Andreas Maerki; アンドレアス・メルキ
Original assignee: Contraves Space AG
Current assignee: RUAG Space AG
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2001-08-17
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: DE50013390D1; EP1111816B1; EP1111816A1; US20010005273A1; ATE338390T1; JP4262407B2; CA2325114C; CA2325114A1; US6909850B2

Abstract

(57)【要約】【課題】同時通信や空間追尾誤差の測定が可能となる
ようなシステムにおいて、そのシステムの調節がより簡
単になるように、捕捉段階における衛星間の接続を確立
する方法および装置を提供する。【解決手段】データ信号とビーコン光とを運搬する光
波（１）を用いて、受信者と、受信者から少し離れて位
置された送信者との間の接続を確立する方法を提供す
る。ここで、受信者には、その光波を捕捉し、受信され
る光波から捕捉センサ信号を生成する捕捉受信機が提供
される。受信望遠鏡（２）とビームスプリッタ（Ｒ４）
に伝送される光波（１）は、走査デバイス（５）と捕捉
センサ（１７１）に提供され、その上、走査デバイス
（５）を利用して、有効な信号と、捕捉をより簡単にす
るために使用される追加信号（Ｓｗ，Ｓｍ、Ｓｍ’）と
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データ信号とビー
コン光とを運搬する光波を用いて、受信者と、受信者か
ら少し離れて位置された送信者との間の接続を確立する
方法と装置に関する。ここで、受信者には、その光波を
捕捉し、受信される光波から捕捉センサ信号を生成する
捕捉受信機が提供される。

【０００２】

【従来の技術】「広角カメラ」は、いわゆるビーコンレ
ーザと共に、２つの衛星間の光通信接続を確立するアラ
インメントデータを決めるために、時々使用される。よ
り複雑で、故に、光の干渉が起こりやすい探索アルゴリ
ズムをさけるために、そのカメラは、大抵、明確でない
円錐形全体を網羅できるように設計される。その不明確
な円錐形は、両衛星の慣性系における傾きが不確実であ
ること、および、自身の衛星と相手の衛星の位置が不確
実であることにより形成される。不明確な円錐形のため
に、カメラは約±０．５^oの角度領域を網羅しなければ
ならない。しかし、同時に、使用される通信ビームの自
然ビーム発散は、ほんの数マイクロラジアンから成る。
この状況により、視角の割合、または、製造可能な角度
分解能の、非常に広いダイナミックレンジが要求され
る。さらに、また、広角カメラの光学素子と通信ビーム
の光探索素子との間のアラインメント誤差はそれらの結
果をいっそう悪くする。送信ビームは、必然的な自然メ
カニズム効果により、区画された立体角領域内で無作為
に動く。それ故、通信ビームは、限界帯域幅のみなら
ず、広角カメラの達成可能な限界解像度に基づき、ほん
のまれにしかもう一方の衛星を照射しないという可能性
が高い。従って、そのもう一方の衛星は、受信される通
信ビームと整合する機会が与えられず、そのために、高
い角度分解能でより高周波の「追尾」を開始する。通常
の場合、通信モードにおけるもう一方の衛星の追尾は、
受信される通信光を用いて行われる。高い空間分解能お
よび／または電気的分解能をもつセンサが、空間的な偏
光信号（追尾信号）を得るために使用される。

【０００３】さらに、欧州特許公報第８３１６０４号か
ら、コヒーレントヘテロダイン受信中に２つの光源の光
学アラインメントを確認する装置が既知である。それ
は、局所レーザと２つの検知器を有している。それらの
検知器の各々は、２つの同じ半検知器から成り、それぞ
れ、隣接するそれらの間のフォトダイオード電極面にお
ける細長い一片状の障害物または間隔によって分離され
る。ここで、その２つの検知器の間隔は、互いに直行し
て配列される。この配列は、方向選択単一モード受信機
として使用される。この場合に、局所レーザのビーム経
路と、この装置の望遠鏡とにオブスキュレーション（ｏ
ｂｓｃｕｒａｔｉｏｎ）が提供される。これは、光学ヘ
テロダイン方式受信機の空間ビーム調節のために誤差信
号を生成することを可能にする一方、組織的な損失を防
ぎ、同時に、優れた信号−雑音比率、および、送信され
るデータ信号との最小限の干渉を実現する。

【０００４】最後に、欧州特許公報第８４４４７３号か
ら、光学台が既知である。その台構造は、種々の光学ユ
ニットの受信部品を接続するために提供されるアームの
熱膨張が起こった場合に、これらの受信部品が、互い
に、および、台構造に対して、明確な角度位置を想定す
る軸を横切って傾くことなく移動できるように設計され
る。そのような光学台は、最初に述べられた装置に接続
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そのような「追尾セン
サ」方法は、同時通信や空間追尾誤差の測定を可能にす
る。しかし、各々の装置は、その調節経費が比較的高い
ために、特に製造工程において有効でないことが明らか
となっている。

【０００６】それ故、本発明の目的は、結果としてその
ようなシステムの調節がより簡単になるように、捕捉段
階における衛星間の接続を確立する方法および装置を提
供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る方法は、デ
ータ信号とビーコン光とを運搬する光波（１）を用い
て、受信者と、受信者から少し離れて位置された送信者
との間の接続を確立する方法である。ここで、受信者に
は、その光波を捕捉し、受信される光波から捕捉センサ
信号を生成する捕捉受信機が提供される。受信望遠鏡
（２）とビームスプリッタ（Ｒ４）に伝送される光波
（１）は、走査デバイス（５）と捕捉センサ（１７１）
に提供される。その上、走査デバイス（５）を利用し
て、有効な信号と、捕捉をより簡単にするために使用さ
れる追加信号（Ｓｗ，Ｓｍ、Ｓｍ’）とが得られる。

【０００８】例えば、走査デバイス（５）からの光が、
第１の光波ファイバ（７）を介して、ダイプレクサ（５
１）まで伝送され、このダイプレクサ（５１）から分離
される光が、第２の光波ファイバ（５４）を介して、捕
捉をより簡単にするために追加信号を提供する検知器
（５３）まで伝送される。

【０００９】例えば、コヒーレントヘテロダイン受信に
関して、第１の光波ファイバ（７）とダイプレクサ（５
１）を経由して到達する光が、光導波管カプラ（６）に
伝送され、この光と、第３の光波ファイバ（１３）を通
して伝送される局所レーザ（１２）からの光とが合成さ
れ、その合成光が２つに分離される。それらの各々が、
少なくとも１つの誤差信号（Ｓｎ）を生成する各々のさ
らなる光波ファイバ（８または９）を経由してさらなる
検知器（１０または１１）に到達する。

【００１０】例えば、前記の方法を実行する装置は、受
信望遠鏡（２）と、ビームスプリッタ（Ｒ４）を備えた
微調整機構（３）とを含み、走査デバイス（５）と、捕
捉センサ（１７１）とに光学手段（４、ＦＡ）を経由し
て光を提供するように設計される。走査デバイス（５）
を用いて、有効な信号（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｎ）の他に、捕
捉段階において、捕捉センサ信号（Ｓｃ）とは無関係
に、または、それと共に、追加の信号（Ｓｗ、Ｓｍ’）
も得ることができる。

【００１１】例えば、前記の走査デバイス（５）は、第
１の光波ファイバ（７）を経由してダイプレクサ（５
１）に接続され、その下流に、第２の光波ファイバ（５
４）を経由して検知器（５３）が接続され、捕捉をより
簡単にする追加信号（Ｓｍ）を提供する。

【００１２】例えば、前記の装置は、その入力が第４の
光波ファイバ（５２）を経由してダイプレクサ（５１）
に接続され、コヒーレントヘテロダイン受信に関して、
ダイプレクサ（５１）から到達する光と、第３の光波フ
ァイバ（１３）を介して伝送される局所レーザ（１２）
からの光とを合成するように設計され、その合成光を２
つに分離する光導波管カプラ（６）を含む。その分離さ
れた光の各々は、少なくとも１つの誤差信号（Ｓｎ）を
生成するために、さらなる光波ファイバ（８または９）
を経由して、さらなる検知器（１０または１１）に到達
する。

【００１３】例えば、第１の検知器（５３）は、システ
ム制御（５８）に追加信号（Ｓｍ）を配信する弁別器
（５６）に接続される。

【００１４】例えば、さらなる弁別器（５７）は、２つ
のさらなる検知器（１０または１１）の下流に接続さ
れ、それが、システム制御（５８）に対する少なくとも
１つの誤差信号（Ｓｎ）を配信する。

【００１５】例えば、走査デバイス（５）は、制御装置
（１４）に接続され、その制御装置が、弁別器（５６、
５７）の少なくとも１つに命令信号（Ｓｔ）を提供す
る。

【００１６】例えば、受信望遠鏡（２）、および／また
は、微調整機構（３）に含まれるＦＰＡユニットは、Ｃ
ＰＡ制御（１７４）またはＦＰＡ制御（１７５）によっ
てシステム制御（５８）に接続される。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、図面を参照して、以下
の実施例に関してより詳細に説明される。図１による
と、欧州特許公報第８３１６０４号により既知の装置と
同様に、Ｒｘ波または情報光波１は、受信望遠鏡２、微
調整機構３、および、レンズ４から成る受信ユニットに
よって受信される。また、波１は、ビーコン光を含み、
そのビーコン光は、きっちりと束になって到着するので
はなく、比較的広角で到着する。

【００１８】上に述べられた装置とは異なり、本発明に
よると、受信波１は、ファイバ旋回装置５を介して光導
波管カプラ６に供給される。偏光保存単一モードファイ
バ７の終端は、光受信ユニットを介して受信されるビー
ムを光導波管カプラ６に導くためのファイバ旋回装置５
に接続できる。さらに、単一モードファイバ８、９を経
由して、それぞれ１つの検知器１０または１１に接続で
きる。しかし、本発明によると、光受信ユニットを経由
して受信されたビームは、好ましくは、データ光のクロ
マティックダイプレクサ５１と単一モードファイバ５２
を越えて、光導波管カプラ６に導かれる。そのようなフ
ァイバ旋回装置５は、本質的に、ファイバを備えた偏向
ユニットであり、例えばピエゾ機構を利用することによ
って駆動され旋回する。好ましくは偏光保存ファイバで
ある、さらなるファイバ１３は、局所レーザ１２に接続
される。それは、局所レーザ１２によって生成されたビ
ームを光導波管カプラ６に導き、その後、単一モードフ
ァイバ８または９を経由して２つの検知器１０または１
１に導く。検知器１０、１１は、既知の装置と同様に分
離される必要がある。偏向ユニット５は、制御装置１４
から、バスまたはラインを経由して制御信号Ｓｐを受信
できる。光導波管カプラ６は、好ましくは、５０％−５
０％カプラである。偏光保存ファイバカプラを利用する
ことによって、単純で、同時に、長期間に渡って本質的
に安定なファイバカプラを達成できる。

【００１９】偏向ユニットとして、機械的ファイバ旋回
装置の代わりに、電気光学偏向器を使用することもでき
る。ここで、電圧は、電気光学結晶のアパーチャを経由
して線形電界勾配を形成する。約１ｍｍのアパ−チャ
は、そのような偏向器を用いても容易く達成される。

【００２０】検知器１０、１１は、各々の増幅器１５ま
たは１６を経由して、有効な信号として利用される信号
ＳａまたはＳｂを配信する。また、これらの信号Ｓａ、
Ｓｂの低周波部分は、差動増幅器１７の差動入力に供給
される。さらに、本発明の装置は、センサ５３を含む。
このセンサ５３は、２つの弁別器５６、５７、高次のシ
ステム制御５８、および、ＣＰＡ（コースポインティン
グアセンブリ）ユニット１７４と共に、好ましくは、単
一モードファイバであるファイバ５４を経由して、ダイ
プレクサ５１の出力に接続される。捕捉センサ１７１よ
りも高速なセンサまたは検知器５３は、例えば、フォト
ダイオードであってもよい。弁別器５６、５７は、同期
式モジュレータや増幅器であってもよく、その入力側
は、各々、センサ５３または増幅器１７の出力に接続さ
れる。また、ビームスプリッタとして動作する反射面Ｒ
４は、微調整機構３に提供される。その微調整機構３
は、ビームを、好ましくは適所に固定された焦点装置Ｆ
Ａを経由して偏向させる。その後、ビームは、他の形式
であっても、とにかく、この型の装置に提供される捕捉
センサＡＳ１７１に到達する。センサ１７１は、例えば
６×８ｍｍ²の表面を有する大面積のマトリクスセンサ
であり、それが走査されるので低速である。システム制
御５８は、その入力側に、センサ１７１または弁別器５
６、５７からの出力信号Ｓｃ、Ｓｍ、および、Ｓｎが提
供される。

【００２１】システム制御５８は、各々、１つのＣＰＡ
ユニット１７４、電子制御素子ＦＰＡ（ｆｉｎｅｐｏ
ｉｎｔｉｎｇａｓｓｅｍｂｌｙ：細かな位置決めアセ
ンブリ）１７５、または、ＰＡＡ（ｐｏｉｎｔ−ａｈｅ
ａｄａｓｓｅｍｂｌｙ：ポイントアヘッドアセンブ
リ）ユニットに、ライン１９１、１９２、１９３を経由
して信号を配信する種々の出力を有する。加えて、偏向
部とも呼ばれる制御ユニット１４と双方向に接続され
る。このために、受信望遠鏡２は、ＣＰＡユニット１７
４の出力信号Ｓｇによって制御され、微調整機構３は、
ユニット１７５からの制御信号Ｓｆによって制御され、
レンズ４、偏向ユニット５、および、弁別器５６、５７
は、信号Ｓｏ、Ｓｐ、または、Ｓｔによって制御される
（図１）。信号Ｓｐ、Ｓｔは、リサージュ図形の形成に
使用されるような直角位相信号（ｓｉｎωｔ、ｃｏｓω
ｔ）である。

【００２２】図２は、この制御運動２１によって導かれ
る光スポット２２が、偏向ユニット５の光波ファイバの
先端と対立した表面にどのように投影されるかを示す。
光スポット２２は、制御によって、少なくとも光波ファ
イバの中心付近まで導ける。

【００２３】図３は、もしファイバ軸による走査が、そ
の光学機械式システムの光軸と同軸で実行されないとす
ると、検知器１０と１１における平均輝度信号３１が、
どのようにオーバーレイされた変調信号３２を有するか
を示す。システム制御５８の仕事は、この変調信号３２
が最小値、または、零値に到達するように、微調整機構
３、ファイバ７の端および／またはレンズ４を動かすこ
とである。

【００２４】図４に見られるように、１つの端末が、３
つのチャンネル、すなわち、送信チャンネルＴｘ、受信
センサＲＳ１とみなされるファイバ旋回装置５を有する
受信チャンネルＲｘ（図１、４）、捕捉センサＡＳ１７
１を有する捕捉チャンネルＡｘ（図１、４）に提供でき
る。

【００２５】図４によると、チャンネルＴｘを伝送する
場合に、ビーム方向から見て、コリメータ装置ＫＴＸ、
第１の反射面Ｒ１、第２の反射面Ｒ２、第３の反射面Ｒ
３、第４の反射面Ｒ４、第５の反射面Ｒ５、および、四
分の一波長板ＱＷＰ１が配列される。第１の反射面Ｒ１
は、ポイントアヘッドアセンブリＰＡＡの成分である。
第２の反射面Ｒ２は、偏光ビームスプリッターＰＢＳの
成分であり、送信ビームの偏光を有するビームを反射
し、受信ビームの偏光を有するビームをできるだけ損失
なく透過できるように具体化される。第４の反射面Ｒ４
は、例えば、２色性のビームスプリッタＤＢＳによって
形成される。第５の反射面Ｒ５は、細かな位置決めアセ
ンブリＦＰＡ（図１、図４）によって形成される。四分
の一波長板ＱＷＰ１は、これまで線形に偏光された送信
チャンネルの光を、円偏光の光に変換して、空間を通し
て相手の端末に送信する。

【００２６】受信チャンネルＲｘ１は、これもビーム方
向から見ると、四分の一波長板ＱＷＰ１、第５の反射面
Ｒ５、２色性のビームスプリッタＤＢＳ、第３の反射面
Ｒ３、反射ビームスプリッタＰＢＳ、焦点素子ＦＲ１、
および、ファイバ旋回装置５、または、受信センサＲＳ
１を含む。四分の一波長板ＱＷＰ１は、空間から到着す
る相手の端末からの円偏光を線形偏光に変換する。

【００２７】ビームスプリッタＰＢＳの目的は、送信ビ
ームと受信ビームの区別である。それは、本実施の形態
において、または、送信ビームと受信ビームが偏光の違
いによって異なる場合に必要とされる。例えば、送信ビ
ームと受信ビームが波長の違いによって異なるような他
の実施の形態では、ＰＢＳの代わりにＤＢＳが使用され
る。

【００２８】送信チャンネルは、データを相手の端末に
送信するために使用され、受信チャンネルは、データを
相手の端末から受信するために使用される。それらの場
合には、各々のチャネルが走査モードにあり、両端末は
すでに互いにおおまかに整列している。粗い位置決め
（ｃｏａｒｓｅｐｏｉｎｔｉｎｇ）アセンブリ１７４
（図１ではＣＰＡ）は、おおまかな調整のために使用さ
れる。それは、一方では、相手の端末に配置される、ビ
ーコン光を放出する光ビーコンから成り、他方では、そ
のビーコン光を受信する端末における捕捉チャンネルか
ら成る。その捕捉チャンネルは、２色性スプリッタＤＢ
Ｓにおいて受信チャンネルＲｘを分岐し、捕捉センサＡ
Ｓと共に、合焦素子ＦＡ（図４）を有する。捕捉センサ
ＡＳの検知範囲ＡＡは、受信センサの検知範囲ＲＡより
も相当に大きい。

【００２９】本発明による装置は、以下のように動作す
る。光波１は、データ光とも呼ばれるデータを伝える通
信ビームを含む。データ光は、まとまって束になってお
り、「揺れ」のために相手の衛星に当たり、結果として
捕捉段階となることはおそらくありえない。ビーコン光
は、データ光よりもまとまりが悪く、それによって、相
手の衛星を永続的に照射できる。従って、まず、受信さ
れたビーコン光を、捕捉センサ１７１で追尾できる。同
時に、洩れ光を旋回装置５に切り換える試みがなされて
もよい。この全てが、相手の衛星による永続的な照射の
間に起こるので、もし通信ビームが使用されるなら起こ
るであろう「瞬間の」効果が起こらない。従って、たと
え、ファイバ旋回装置がすぐに捕捉されなくても、光ス
ポットの位置を捜索する機会がある。

【００３０】光受信ユニット２、３（図１）によって、
または、部品ＦＰＡ、Ｒ４、Ｒ３、ＰＢＳ、および、Ｆ
Ｒ１（図４）から受信される光波は、微調整ユニット３
を経由して、および、レンズ４、または、制御ユニット
が動的でない場合は部品ＰＢＳ、ＦＲ１（図４）の補助
により、ファイバ旋回装置５（図１、４）における単一
モードファイバ７（図１）のおよそ中央に合焦される。
制御ユニット１４（図１）が動的である場合は、ファイ
バ端２２の、単一モードファイバ７の中心付近での動き
（図２）はファイバ旋回装置５によって引き起こされ
る。ファイバ端２２は、好ましくは、光受信素子の光軸
の周りに高周波円運動をする。ファイバ７の端が旋回装
置により動かされても、ファイバの端、検知器１０、お
よび、検知器１１を出ていく光は、やがて空間的に動か
なくなる。それよりも、もし、走査の動きが、正確に光
スポットと同心で起こらないなら、旋回装置５による回
転運動が輝度変調（図３）を引き起こす。

【００３１】一般的に偏向ユニットであってもよい旋回
装置５（図１、４）によって引き起こされるファイバ端
の高周波機械的走査運動は、例えば、横変位機構、また
は、屈曲素子を利用することにより制御できる。小さく
動く高速横変位ユニットは、例えば、ＣＤプレーヤーの
ような光学機械式読み取り装置によって既知である。し
かし、屈曲素子は、単に、部分に分かれた電極を有する
小さなピエゾセラミックチューブから製作される。これ
らの小さなチューブは、単に、ある領域の適所に固定さ
れるだけであり、故に、ピエゾ効果によって線形方向に
曲げることができる。すべてのメカニズムに対して、い
わゆるＩ−Ｑ信号によって制御されることは共通であ
る。その輝度信号のＩ−Ｑ復調が行われた後、最終的
に、光スポット２２とファイバ軸の間の空間誤差が得ら
れる。その誤差信号ＳｍとＳｎ（図１）は、システム制
御５８を経由して、偏り誤差の最小化をもたらす。

【００３２】レンズ４とファイバ端７の合焦面における
Ｒｘ光の強度分布間の相対オフセットは、その旋回運動
により形成される。故に、もし、そのファイバ軸の走査
が光学機械式システムの光学軸と同心で実行されないな
ら、検知器１０、１１上において、時間的に不均一な輝
度信号を発生させる。従って、走査点検知器は、おおよ
そ等しい単一モードファイバのモードフィールドによっ
て取り替えられる。走査範囲は、ファイバに結合される
光の大幅な信号遅延を防ぐために、モードフィールド範
囲の１０分の１を越えるべきでない。

【００３３】クロマティックダイプレクサ５１を介して
導かれる光波は、ビームスプリッタによって、２つのほ
とんど等しい部分的ビームに分離される。それらは、局
所レーザ１２からの光が光導波管カプラ６を経由して光
フローに結合された後、各々の検知器１０と１１の一方
に供給される。それぞれ、２つの誤差部分信号が２つの
検知器１０、１１によって収集される。それらは、適当
なフロントエンドのトランスインピーダンス増幅器１５
または１６を利用することによって、電圧ＳａまたはＳ
ｂに変換される。信号ＳａとＳｂから空間誤差信号が得
られる。それは、回路５７の出力において信号Ｓｎ（Δ
ｘ、Δｙ）として現れ、連続的追尾操作に使用される。
補正サインを有する誤差部分信号ＳａとＳｂの追加によ
って、オリジナルデータまたは通信信号に相当する出力
信号が他方側に結果として生じる。故に、捕捉センサＡ
Ｓや位置決めセンサ１７３を除いて、そのような装置に
存在する追尾センサＴＳは本発明によって取り替えられ
る。

【００３４】局所レーザ波のＲｘ波によるオーバレイ
は、ガラスファイバ中でのみ起こる。故に、局所レーザ
とＲｘフィールドとの間の空間的相関度合は等しい１、
すなわち、確実に縞のないオーバレイが発生する。従っ
て、調整中の最適化、または、後の操作中の最適化に関
して、縞のないことが保証されたオーバレイを想定で
き、絶対的な最大増幅値まで調整が実行できる。これ
は、自由ビームオーバレイと比較して、とても有効であ
ることが示された。本発明の方法と反対に、傾斜角によ
って生じる干渉縞は、２つの波が互いにオーバーレイす
る時に起こりうる。その後、最大強度だけを利用して、
最適な、すなわち、縞のない調節状態をみることはもは
やできない。さらに、主要な最大値と側部の最大値との
レベル間の差が比較的小さい場合には、常に、追尾レギ
ュレータが段階をふまない、および、強度分布の側部の
最大値によって調節を実行し、故に、線形調節レンジを
相当に制限するという潜在的な危険がある。

【００３５】これまで知られたファイバ旋回装置の使用
は、コヒーレントな光ヘテロダイン受信を必要とする。
これは、主に、干渉光の効果の効果的な抑制が達成でき
るからである。しかし、光伝送路が確立される捕捉段階
の間、捕捉センサによって網羅されるフィールドにおい
て、干渉する自然光源は全くない。故に、本発明による
と、たとえヘテロダイン受信は行われなくとも、ファイ
バ旋回装置は捕捉段階においてすでに使用できる。

【００３６】ファイバ旋回装置は、単一モード設計のた
めに、選択的に狭いフィールドの適用範囲を有するの
で、とても良好な立体角解像度（サブミクロンラジア
ン）を達成できる。さらに、ビーコン光のビームは、通
信ビームほどきちんと束ねられていないので、広角カメ
ラを使用することによって、すぐに相手の衛星の永続的
照射を引き受けることができる。

【００３７】捕捉段階の間に、高出力レーザダイオード
から来るビーコンレーザからの光は、例えば、多重モー
ドファイバに結合される。故に、放射光の偏光状態は不
定である。従って、ビーコン光と通信光の波長のクロマ
ティックスプリッティングＲ４中に、本質的に、「高
い」損失が受信側で発生する（図４）。使用されるダイ
プレクサＲ４は、通信光の伝送損が小さくなるように最
適化される。故に、ビーコン光に関して、ビーコン波長
の通信チャネルへの「漏話」が常に発生する。すなわ
ち、受信端において、通信光受信機の方にビーコン光が
現れる。また、本発明により、ファイバ旋回装置の原理
に従って使用されるファイバフロントエンドのため、追
尾信号の生成に捕捉チャネルから洩れた光を使用する機
会がある。

【００３８】捕捉センサ１７１と粗い位置決めアセンブ
リ１７４は、それ自体知られている方法で動作する。従
って、まず始めに、信号Ｓｃの助けで、受信ビーコン光
を追尾する機会がある。ここで、替わりに、部品５８、
１７４、２、ＦＰＡ、Ｒ４、１７１を経由する制御ルー
プが、センサ１７１のために、例えば５０Ｈｚの台で帯
域幅をゆっくり制御する追尾に使用される。

【００３９】弁別器５７の出力における信号Ｓｎは、基
本的に、システム制御５８による永続的追尾操作の形で
使用される。この場合に、部品５７、５８、１７５、
３、５１、および、５によって定められる内側制御ルー
プが動作する。さらに、部品５８、１７４、および、２
によって定められる外側制御ループも動作する。これら
の制御ループはとても速い。なぜなら、ある程度ガラス
ファイバでポイントセンサを構成するセンサ１０、１
１、５３は、センサ１７１よりもずっと速く動作できる
からである。これと反対に、弁別器５６の出力における
信号Ｓｍは、ほんの一時的に、すなわち、ほんの最初だ
け、例えば、３分の最大期間内で使用できるのみであ
る。システム制御５８は、信号Ｓｃ、Ｓｍ、および、Ｓ
ｎが使用できるかどうかを判断する手段を有している。
ビーコン光が、比較的広角で受信されるので、信号Ｓｃ
の受信は確かである。故に、この信号Ｓｃは、信号Ｓｍ
が使用できるかどうか、すなわち、ファイバ旋回装置が
追尾信号を生成するのに十分な洩れ光を受信しているか
どうかがシステム制御５８によって判断されるまで、最
初に使用される。信頼性のために、それが信号Ｓｍと共
に動作する時から、捕捉段階でセンサ１７１を連続して
実行できる。その後、もし、システム制御５８によっ
て、信号Ｓｎが有効である、または、通信チャネルが正
しく動作していることが判断されれば、それは、より正
確な連続的追尾操作のために、この信号Ｓｎを引き継
ぐ。イネーブル信号Ｓ１を利用することによって、この
時までに信号Ｓｃを絶つことと同じく、イネーブル信号
Ｓ６を利用することによって、弁別器５６から信号Ｓｍ
を絶つことができる。これらのイネーブル信号Ｓ１とＳ
６は、弁別器５７のさらなるイネーブル信号Ｓ７と同じ
く、同時にＣＰＡやＦＰＡを制御する信号Ｓｃ、Ｓｍ、
および、Ｓｎを必要とするシステム制御５８で生成され
る。

【００４０】また、本発明による原理は、インコヒーレ
ントなシステムにも適用する。固有のシステム構造、ま
たは、直接検知システムは、時々、相手の衛星からの入
力光が、いわゆるアバランシェダイオードに合焦される
ように製作される。本来、そのようなシステムは、単一
モード受信機ではない、すなわち、受信機は、回折理論
によって述べられる限られた回折システムの立体角領域
よりもおおきい立体各領域から光を受け取る。そこで、
干渉するバックグラウンド放射線を最小にするために、
非常に狭い帯域幅を有する光フィルタを使用することが
必要である。今までは、そのような、長期間にわたる空
間伝達用途のフィルタを製造できなかった。

【００４１】分離追尾レーザは、大抵、相手の衛星を追
尾するために使用される。これらのレーザは、優れた波
長安定性を提供することで特徴づけられる。また、非常
に狭い帯域幅を有する光フィルタ（しばしば「原子線フ
ィルタ」と呼ばれる。）が、受信局の受信ダイオードの
前に位置される。そのようなシステムを製作する構造経
費は、単一モード受信ユニットを利用することによって
大幅に削減できる。結局、これは、複雑さ、所用電力、
質量に関する節約につながる。単一モードフロントエン
ドを用いることによって、受信機の空間受信範囲を回折
限界に戻せる。これは、受信機に到達するバックグラウ
ンド放射線の相当の削減につながる。結果として、使用
される光バンドパスフィルタに対する要求が、明らかに
減少できる。

【００４２】さらに、単一モード受信機を利用すること
によって、受信チャネルの散乱光抑制（送信チャンネル
に対するクロスオーバ）を十分な程度にまで削減でき
る。かなりの経費をかけて、バンドパスフィルタを用い
てのみ製作できた、このタイプの受信機に関して、少な
くとも５０ｄＢの抑制レンジが達成できる。もし、通信
チャンネルにおいて、約５％の受信出力をなしで済ませ
ることができるなら、付加的な追尾システムが完全に省
略できる。空間探索処理と共に単一モード受信モジュー
ルを使用すること、例えば、ファイバ旋回原理は、これ
を実現可能にする。図１において、この状態は、信号Ｓ
ｗに対するファイバ旋回装置５のさらなる出力と、それ
を制御するためにレンズ４が位置されているユニットの
さらなる出力との間の可能な付加的接続によって示され
る。これは、本発明によって、ＦＰＡ３を直接制御する
ために、ファイバ旋回装置５のこの追加の出力信号Ｓｗ
を使用できることを意味する。

【００４３】比較的長くてもよい受信ファイバ７を使用
することによって、光素子から比較的十分離れたところ
で、受信機のフロントエンドＲＦＥ、すなわち、検知器
１０、１１、および、増幅器１５、１６を収容できる。
その光波ファイバは、このために、柔軟な保護ケーブル
内に収容できる、または、柔軟な被覆を有することがで
きる。従って、ＲＦＥで生成される熱は、最適なこと
に、光素子から分離される。そして、もはや、ＲＦＥに
よって導かれる光学的サブシステムにおける熱的な調節
不良を懸念する必要はない。それ故、光学部品２、３、
４、および５は、電子データ素子、および、遠隔電子ユ
ニットに位置されたＰＦＥから比較的遠く離れて調節で
きる。ファイバの一部が可動であるために、たとえ、低
周波追尾誤差信号（ＢＷ〜１０ＫＨｚ）を前部に送り返
す目的で、電子ユニットから光学ヘッドまで同軸ケーブ
ルを延長することが必要であっても、長いマイクロ波線
を使用することによってもたらされるすべての問題（ダ
ンピング、ＥＭＣ（電磁気的適合性））を取り除ける。

【００４４】さらに、本発明による装置は、以下の点で
効果がある。それは、優れた長期間安定性を有するこ
と、ビームオーバレイと共に、比較的単純なアルゴリズ
ムを利用して最適化できること、高周波データフロー
（クロック速度＝１０００Ｍｂｐｓ）に関して、ファイ
バ旋回装置と遠隔受信機フロントエンドＲＦＥ（ケーブ
ル長＞３ｍ）との間の接続線の特に大きなダンピングが
起こらないこと、任意の追加の電線駆動素子を必要とし
ないこと、ＥＭＣ干渉に関して問題がないこと、帯域幅
が１ＧＨｚよりも十分大きいＲＦＥが、広帯域システム
で使用できること、および、ＨＦ電子素子からの大きな
熱発生が光学素子付近で防げることである。本発明によ
る装置は、述べられた欧州特許公報第８４４４７３号に
よる光学ベンチの部品１６、２６を効果的に取り替える
ことができる。

【００４５】本発明の実施の形態に関して、システム制
御５８および／または制御１４は、光波ファイバ７の可
動端の、情報波１の焦点２２の中心周りにおける動き
が、レンズ４が静止している時に引き起こされるように
設計できる。

【００４６】本発明のもう１つの実施の形態に関して、
システム制御５８は、光波ファイバ７の中心の周りに情
報波１の合焦光スポット２２を動かすために、光波ファ
イバが静止している時にレンズ４を動かす。

【００４７】本発明による装置は、欧州特許公報第８３
１６０４号に述べられる装置と同じまたは類似の目的に
使用できる。

【００４８】そのようなシステムにおいて、例えば、光
半導体増幅器、エルビウムドープのファイバ増幅器、ま
たは、ＮｄドープまたはＹｂドープのファイバ増幅器の
ような光導波増幅器が、送信機に提供できる。干渉する
バックグラウンド光を抑制するために、単一モード波の
光導波管６による空間的フィルタリングが提供できる。

【００４９】述べられた実施の形態は、単に、そのよう
な装置の用途を説明する手段であり、これらから当業者
によって即座に明らかになる他の実施の形態も本発明の
基本概念を含む。

【００５０】

【発明の効果】本発明を利用することにより、同時通信
や空間追尾誤差の測定が可能となるようなシステム形成
の構造支出がかなり削減でき、最終的に、複雑さ、所用
電力、および、質量についてなされる要求を減少でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の図式的なブロック図。

【図２】光波ファイバの前部における光スポットの動
きの図式的な図。

【図３】ファイバ軸が光学機械式システムの光軸の周
りに同心に回転しない場合の、検知器における時間的に
不均一な輝度信号の略図。

【図４】端末において受信ビームの予定の位置からの
ずれを校正する装置の略図。

【符号の説明】

１光波２受信望遠鏡３微調整機構４レンズ５ファイバ旋回装置６光導波管カプラ７、８、９、１３、５２、５４光波ファイバ１０、１１検知器１２局所レーザ１４制御装置１５、１６増幅器１７差動増幅器５１ダイプレクサ５３センサ５６、５７弁別器５８システム制御１７１捕捉センサ１７４ＣＰＡ制御１７５ＦＰＡ制御

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アンドレアス・メルキスイス、ツェーハー−8703エルレンバッハ・ツェットハー、ハルデンシュトラーセ 16番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データ信号とビーコン光とを運搬する光
波（１）を用いて、受信者と、受信者から少し離れて位
置された送信者との間の接続を確立する方法であって、
ここで、受信者には、その光波を捕捉し、受信される光
波から捕捉センサ信号を生成する捕捉受信機が提供さ
れ、受信望遠鏡（２）とビームスプリッタ（Ｒ４）に伝送さ
れる光波（１）が、走査デバイス（５）と捕捉センサ
（１７１）に提供され、その上、走査デバイス（５）を利用して、有効な信号
と、捕捉をより簡単にするために使用される追加信号
（Ｓｗ，Ｓｍ、Ｓｍ’）とが得られることを特徴とする
方法。
【請求項２】走査デバイス（５）からの光が、第１の
光波ファイバ（７）を介して、ダイプレクサ（５１）ま
で伝送され、このダイプレクサ（５１）から分離される光が、第２の
光波ファイバ（５４）を介して、捕捉をより簡単にする
ために追加信号を提供する検知器（５３）まで伝送され
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】コヒーレントヘテロダイン受信に関し
て、第１の光波ファイバ（７）とダイプレクサ（５１）
を経由して到達する光が、光導波管カプラ（６）に伝送
され、この光と、第３の光波ファイバ（１３）を通して
伝送される局所レーザ（１２）からの光とが合成され、
その合成光が２つに分離され、それらの各々が、少なく
とも１つの誤差信号（Ｓｎ）を生成する各々のさらなる
光波ファイバ（８または９）を経由してさらなる検知器
（１０または１１）に到達することを特徴とする請求項
２に記載の方法。
【請求項４】受信望遠鏡（２）と、ビームスプリッタ
（Ｒ４）を備えた微調整機構（３）とを含み、走査デバ
イス（５）と、捕捉センサ（１７１）とに光学手段
（４、ＦＡ）を経由して光を提供するように設計され、走査デバイス（５）を用いて、有効な信号（Ｓａ、Ｓ
ｂ、Ｓｎ）の他に、捕捉段階において、捕捉センサ信号
（Ｓｃ）とは無関係に、または、それと共に、追加の信
号（Ｓｗ、Ｓｍ’）も得ることができることを特徴とす
る、請求項１から３のいずれかに記載の方法を実行する
装置。
【請求項５】走査デバイス（５）が、第１の光波ファ
イバ（７）を経由してダイプレクサ（５１）に接続さ
れ、その下流に、第２の光波ファイバ（５４）を経由し
て検知器（５３）が接続され、捕捉をより簡単にする追
加信号（Ｓｍ）を提供することを特徴とする請求項４に
記載の装置。
【請求項６】その入力が第４の光波ファイバ（５２）
を経由してダイプレクサ（５１）に接続され、コヒーレ
ントヘテロダイン受信に関して、ダイプレクサ（５１）
から到達する光と、第３の光波ファイバ（１３）を介し
て伝送される局所レーザ（１２）からの光とを合成する
ように設計され、その合成光を２つに分離する光導波管
カプラ（６）を含み、その分離された光の各々が、少な
くとも１つの誤差信号（Ｓｎ）を生成するために、さら
なる光波ファイバ（８または９）を経由して、さらなる
検知器（１０または１１）に到達することを特徴とする
請求項５に記載の装置。
【請求項７】第１の検知器（５３）が、システム制御
（５８）に追加信号（Ｓｍ）を配信する弁別器（５６）
に接続されることを特徴とする請求項５または６に記載
の装置。
【請求項８】さらなる弁別器（５７）が、２つのさら
なる検知器（１０または１１）の下流に接続され、それ
が、システム制御（５８）に対する少なくとも１つの誤
差信号（Ｓｎ）を配信することを特徴とする請求項６ま
たは７に記載の装置。
【請求項９】走査デバイス（５）が制御装置（１４）
に接続され、その制御装置が、弁別器（５６、５７）の
少なくとも１つに命令信号（Ｓｔ）を提供することを特
徴とする請求項６または７に記載の装置。
【請求項１０】受信望遠鏡（２）、および／または、
微調整機構（３）に含まれるＦＰＡユニットが、ＣＰＡ
制御（１７４）またはＦＰＡ制御（１７５）によってシ
ステム制御（５８）に接続されることを特徴とする請求
項４から９のいずれかに記載の装置。