JP2003198440A - Beam direction controller - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数もしくは単一
のフェイズドアレイを持ち、複数もしくは単一の地上局
に対して同時もしくは単独にデータ送信する機能を有す
る衛星のビーム方向制御装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a satellite beam direction control device having a plurality or a single phased array and having a function of simultaneously or independently transmitting data to a plurality or a single ground station. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４に従来のビーム方向制御装置の機能
構成図を示す。ビーム方向制御装置1は、衛星位置伝播
計算部8、衛星姿勢角度伝播計算部9、地上局選択部10、
衛星−地上局間距離計算部11、地上局方向ベクトル計算
部12、座標変換計算部13、アンテナ選択部14、ゲイン補
正値計算部15、移相値計算部16、移相器・増幅器設定部
17、コマンド解析部18から構成されている。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a functional block diagram of a conventional beam direction control device. Beam direction control device 1, satellite position propagation calculation unit 8, satellite attitude angle propagation calculation unit 9, ground station selection unit 10,
Satellite-to-ground station distance calculation unit 11, ground station direction vector calculation unit 12, coordinate conversion calculation unit 13, antenna selection unit 14, gain correction value calculation unit 15, phase shift value calculation unit 16, phase shifter / amplifier setting unit
17 and a command analysis unit 18.
【０００３】衛星位置伝播計算部8では、ある時刻にお
いて衛星位置計測装置2で計測された衛星の位置ベクト
ルと衛星の位置と同時に衛星速度計測装置3で計測され
た衛星の速度ベクトルを用いてビーム方向計算時刻にお
ける衛星の位置ベクトルを計算する。同様に、衛星姿勢
角度伝播計算部9では計測された衛星の姿勢角度と同時
に計測された姿勢角速度を用いてビーム計算時刻におけ
る衛星の姿勢角度を計算する。The satellite position propagation calculation unit 8 uses the satellite position vector measured by the satellite position measuring device 2 at a certain time and the satellite position vector and the satellite velocity vector measured by the satellite velocity measuring device 3 at the same time. Calculate the position vector of the satellite at the direction calculation time. Similarly, the satellite attitude angle propagation calculation unit 9 calculates the attitude angle of the satellite at the beam calculation time using the measured attitude angle of the satellite and the measured attitude angular velocity at the same time.
【０００４】地上局選択部10は、衛星運用基地局22から
送信されコマンド受信部19及びコマンド解析部18で受信
・解析された送信対象地上局23を指定するコマンドによ
り送信対象となる地上局の位置情報を搭載メモリから取
り出し保持する部分である。衛星−地上局間距離計算部
11及び地上局方向ベクトル計算部12では、衛星位置伝播
計算部8で計算されたビーム方向計算時の衛星位置と地
上局選択部10により設定された地上局の位置から、衛星
と地上局の間の距離と衛星から地上局を見た時の方向ベ
クトルを求める。The ground station selecting unit 10 selects the ground station to be transmitted by a command specifying the transmission target ground station 23 transmitted from the satellite operation base station 22 and received and analyzed by the command receiving unit 19 and the command analyzing unit 18. This is a part for taking out and holding the position information from the onboard memory. Satellite-ground station distance calculator
11 and the ground station direction vector calculation unit 12, from the satellite position at the time of beam direction calculation calculated by the satellite position propagation calculation unit 8 and the position of the ground station set by the ground station selection unit 10, between the satellite and the ground station. Find the direction vector when the ground station is viewed from the satellite and the satellite.
【０００５】アンテナ選択部14は衛星運用基地局22から
送信されコマンド受信部19及びコマンド解析部18で受信
・解析されたデータ送信に使用するフェイズドアレイア
ンテナ20を指定するコマンドによりデータ送信に使用す
るフェイズドアレイアンテナの取り付け位置・角度情報
を搭載メモリから取り出して保持する部分である。座標
変換計算部13では、地上局方向ベクトル計算部12で求め
た方向ベクトルをアンテナ選択部14で設定されたフェイ
ズドアレイアンテナの座標系に座標変換する。The antenna selection unit 14 is used for data transmission by a command designating the phased array antenna 20 used for data transmission transmitted from the satellite operation base station 22 and received and analyzed by the command receiving unit 19 and the command analyzing unit 18. This is a part that retrieves and holds the mounting position and angle information of the phased array antenna from the onboard memory. The coordinate transformation calculation unit 13 transforms the direction vector obtained by the ground station direction vector calculation unit 12 into the coordinate system of the phased array antenna set by the antenna selection unit 14.
【０００６】ゲイン補正値計算部15では、衛星−地上局
間距離の違いによる地上局受信時の利得変動を補償する
ため衛星−地上局間距離計算部11で求めた衛星−地上局
間距離からゲイン補正値を求める。移相値計算部16で
は、アンテナ座標系におけるビーム方向ベクトルからフ
ェイズドアレイのそれぞれの素子アンテナに設定すべき
移相値を求める。ゲイン補正値計算部15及び移相値計算
部16で求められた移相値・ゲイン補正値は移相器・増幅
器設定部17でフェイズドアレイアンテナ20に設定され
る。以上の処理は、衛星運用基地局22からのコマンドを
除いて特定の時間間隔で定期的に実行される。The gain correction value calculation unit 15 uses the satellite-ground station distance calculated by the satellite-ground station distance calculation unit 11 in order to compensate the gain fluctuation at the time of receiving the ground station due to the difference in the satellite-ground station distance. Calculate the gain correction value. The phase shift value calculation unit 16 obtains the phase shift value to be set for each element antenna of the phased array from the beam direction vector in the antenna coordinate system. The phase shift value / gain correction value obtained by the gain correction value calculation unit 15 and the phase shift value calculation unit 16 is set in the phased array antenna 20 by the phase shifter / amplifier setting unit 17. The above processing is periodically executed at specific time intervals except for the command from the satellite operation base station 22.
【０００７】以上のように、従来の装置では衛星運用基
地局からのコマンドによりデータ送信に用いるアンテナ
と送信対象の地上局を指定するため、衛星運用者はあら
かじめ衛星運用計画に基づいて送信アンテナと送信対象
地上局を決めておく必要がある。As described above, in the conventional apparatus, the antenna used for data transmission and the ground station to be transmitted are designated by the command from the satellite operation base station, so that the satellite operator preliminarily selects the transmission antenna based on the satellite operation plan. It is necessary to decide the ground station to be transmitted.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】先に述べたように、従
来のビーム方向制御装置では、データ送信に用いるフェ
イズドアレイアンテナ及び送信対象の地上局は衛星運用
基地局からのコマンドにより決定される。従って、衛星
運用者はデータ送信時の衛星の位置及び姿勢をあらかじ
め予想してデータ送信を行うアンテナと送信対象の地上
局を決定しなければならず、衛星運用者の負担は増大す
る。さらに基地局からのコマンドでデータ送信の指定を
行わなければならないことは衛星運用の自律化の妨げと
なる。また、衛星運用者が誤ったアンテナ及び地上局を
指定するコマンドを衛星に送ってしまった場合に送信さ
れるべきデータが失われる可能性もある。As described above, in the conventional beam direction control device, the phased array antenna used for data transmission and the ground station to be transmitted are determined by the command from the satellite operation base station. Therefore, the satellite operator must predict the position and attitude of the satellite at the time of data transmission in advance to determine the antenna for data transmission and the ground station for transmission, which increases the burden on the satellite operator. Further, the fact that the data transmission must be designated by a command from the base station hinders the autonomous operation of the satellite. There is also the possibility that data to be transmitted may be lost if the satellite operator sends a command to the satellite that specifies the wrong antenna and ground station.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】第１の発明は、単一のフ
ェイズドアレイアンテナを持ち複数の地上局にデータ送
信を行う機能を有する衛星のビーム方向制御装置におい
て、上記複数の地上局に対して地上局から衛星を見たと
きの仰角を計算する仰角計算手段と、上記仰角計算手段
により求められた複数の地上局における仰角のうち最も
大きい値を持つ地上局を送信対象地上局として選択する
地上局選択手段と、上記地上局選択手段により選択され
た地上局の方向ベクトルを上記単一のフェイズドアレイ
アンテナのアンテナ座標系に変換する座標変換手段と、
衛星−地上局間の距離及び上記座標変換手段により変換
されたアンテナ座標系おけるビーム方向からフェイズド
アレイアンテナの移相及びゲインを設定する移相及びゲ
イン設定手段とを具備したものである。SUMMARY OF THE INVENTION A first invention is a beam direction control device for a satellite having a single phased array antenna and having a function of transmitting data to a plurality of ground stations. The elevation angle calculation means for calculating the elevation angle when the satellite is viewed from the ground station, and the ground station having the largest elevation angle among the plurality of ground stations obtained by the elevation angle calculation means is selected as the transmission target ground station. Ground station selecting means, coordinate conversion means for converting the direction vector of the ground station selected by the ground station selecting means to the antenna coordinate system of the single phased array antenna,
The phase shift and gain setting means for setting the phase shift and gain of the phased array antenna from the distance between the satellite and the ground station and the beam direction in the antenna coordinate system converted by the coordinate conversion means.
【００１０】第２の発明は、複数のフェイズドアレイア
ンテナを持ち単一の地上局にデータ送信を行う機能を有
する衛星のビーム方向制御装置において、送信対象の上
記単一の地上局に対して当該地上局から衛星を見たとき
の仰角を計算する仰角計算手段と、衛星から上記地上局
を見たときの地上局の方向ベクトルを計算する地上局方
向ベクトル計算手段と、上記地上局方向ベクトル計算手
段により計算された方向ベクトルを上記複数のフェイズ
ドアレイアンテナのアンテナ座標系に変換し、それぞれ
のアンテナにおけるビーム方向の半頂角を求める座標変
換手段と、上記座標変換手段により求められたそれぞれ
のアンテナにおけるビーム方向の半頂角のうち最も小さ
い値を持つフェイズドアレイアンテナを選択するアンテ
ナ選択手段と、上記選択されたフェイズドアレイアンテ
ナにおけるビーム方向及び衛星−地上局間距離から当該
フェイズドアレイアンテナの移相及びゲインを設定する
移相及びゲイン設定手段とを具備したものである。A second aspect of the present invention is a beam direction control device for a satellite having a plurality of phased array antennas and having a function of transmitting data to a single ground station. Elevation angle calculation means for calculating the elevation angle when the satellite is viewed from the ground station, ground station direction vector calculation means for calculating the direction vector of the ground station when the satellite is viewed from the satellite, and ground station direction vector calculation The direction vector calculated by the means is converted into the antenna coordinate system of the plurality of phased array antennas, the coordinate conversion means for obtaining the half-vertical angle in the beam direction of each antenna, and the respective antennas obtained by the coordinate conversion means. Antenna selection means for selecting the phased array antenna having the smallest half-vertical angle in the beam direction at Is obtained by including a phase shift and gain setting means from between the ground station distance to set the phase and gain of the phased array antenna - beam direction and the satellite in the selected phased array antenna.
【００１１】第３の発明は、複数のフェイズドアレイア
ンテナを持ち複数の地上局に同時にデータ送信を行う機
能を有する衛星のビーム方向制御装置において、上記複
数の地上局に対して地上局から衛星を見たときの仰角を
計算する仰角計算手段と、上記仰角計算手段により求め
られた複数の地上局における仰角のうち最も大きい値を
持つ地上局を送信対象地上局として選択する地上局選択
手段と、上記地上局選択手段により選択された地上局の
方向ベクトルを上記複数のフェイズドアレイアンテナの
アンテナ座標系に変換し、それぞれのアンテナにおける
ビーム方向の半頂角を求める座標変換手段と、上記座標
変換手段により求められたそれぞれのアンテナにおける
ビーム方向の半頂角のうち最も小さい値を持つフェイズ
ドアレイアンテナを選択するアンテナ選択手段と、上記
選択されたフェイズドアレイアンテナにおけるビーム方
向及び衛星−送信対象地上局間距離から当該フェイズド
アレイアンテナの移相及びゲインを設定する移相及びゲ
イン設定手段とを具備したものである。A third aspect of the invention is a beam direction control device for a satellite having a plurality of phased array antennas and having a function of simultaneously transmitting data to a plurality of ground stations, wherein a satellite is transmitted from the ground station to the plurality of ground stations. An elevation angle calculating means for calculating the elevation angle when viewed, and a ground station selecting means for selecting a ground station having the largest value among the elevation angles in the plurality of ground stations obtained by the elevation angle calculating means as a transmission target ground station, Coordinate conversion means for converting the direction vector of the ground station selected by the ground station selection means into the antenna coordinate system of the plurality of phased array antennas, and obtaining the half apex angle of the beam direction in each antenna, and the coordinate conversion means. Phased array antenna with the smallest half-vertical angle in the beam direction for each antenna An antenna selecting means for selecting, and a phase shift and gain setting means for setting the phase shift and gain of the phased array antenna from the beam direction in the selected phased array antenna and the distance between the satellite and the ground station to be transmitted. Is.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１を表す機能構成図である。図１のビーム方向
制御装置1において、衛星位置計測装置2、衛星速度計測
装置3、時刻計測装置4、衛星姿勢角度計測装置5、衛星
姿勢角速度計測装置6、衛星位置伝播計算部8、衛星姿勢
角度伝播計算部9、衛星−地上局距離計算部11、地上局
方向ベクトル計算部12、ゲイン補正値計算部15、移相値
計算部16、移相器・増幅器設定部17は図４の従来の装置
と同じものである。図１に示す本発明の実施の形態１と
図４の従来の装置では、従来の装置においてコマンドで
指定されていた地上局をビーム方向制御装置自身が決定
するという点及びアンテナが単一であるという点におい
て異なる。それに伴い、図1の本発明の実施の形態１で
は図４の従来の装置に比べて仰角計算部7が増設、アン
テナ選択部14及びコマンド解析部18が削除され、地上局
選択部10及び座標変換部13の処理が変更されている。以
下に変更された部分について説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. 1 is a functional block diagram showing a first embodiment of the present invention. In the beam direction control device 1 of FIG. 1, satellite position measuring device 2, satellite velocity measuring device 3, time measuring device 4, satellite attitude angle measuring device 5, satellite attitude angular velocity measuring device 6, satellite position propagation calculation unit 8, satellite attitude The angle propagation calculation unit 9, the satellite-ground station distance calculation unit 11, the ground station direction vector calculation unit 12, the gain correction value calculation unit 15, the phase shift value calculation unit 16, and the phase shifter / amplifier setting unit 17 are as shown in FIG. It is the same as the device. In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 and the conventional device of FIG. 4, the beam direction control device itself determines the ground station designated by the command in the conventional device and the antenna is single. It is different in that. Accordingly, in the first embodiment of the present invention of FIG. 1, the elevation angle calculation unit 7 is added, the antenna selection unit 14 and the command analysis unit 18 are deleted, and the ground station selection unit 10 and the coordinates are compared with the conventional device of FIG. The processing of the conversion unit 13 has been changed. The changed parts will be described below.
【００１３】仰角計算部7では、全ての地上局に対して
地上局から衛星を見たときの仰角を計算する。当該仰角
は数１で表される。The elevation angle calculation unit 7 calculates the elevation angles of all the ground stations when the satellite is viewed from the ground station. The elevation angle is expressed by Equation 1.
【００１４】[0014]
【数１】 [Equation 1]
【００１５】地上局選択部10では、上記で求められた全
ての地上局における仰角のうち、最も大きい値を持つ地
上局を送信対象の地上局とする。ただし、全ての仰角が
地上局における衛星の可視限界となる仰角限界値よりも
小さい場合は送信対象地上局がないと判断し、データ送
信中の場合は送信を中止する。なお、仰角限界値は地上
局の受信装置と衛星の送信装置の性能及び通信回線の品
質限界によりあらかじめ決定される値である。In the ground station selecting section 10, the ground station having the largest value among the elevation angles of all the ground stations obtained above is selected as the transmission target ground station. However, if all elevation angles are smaller than the elevation limit value that is the satellite visibility limit at the ground station, it is determined that there is no target ground station for transmission, and transmission is stopped if data is being transmitted. The elevation angle limit value is a value that is determined in advance by the performance of the receiving device of the ground station and the transmitting device of the satellite and the quality limit of the communication line.
【００１６】座標変換計算部13では、地上局方向ベクト
ル計算部12で計算される地上局選択部10で選択された地
上局の方向ベクトルを、衛星に搭載された単一のフェイ
ズドアレイアンテナのアンテナ座標系に変換し、ビーム
方向の半頂角を求める。ビーム方向ベクトル及びビーム
半頂角は数２で表される。In the coordinate transformation calculation unit 13, the direction vector of the ground station selected by the ground station selection unit 10 calculated by the ground station direction vector calculation unit 12 is used as the antenna of a single phased array antenna mounted on the satellite. Convert to the coordinate system and find the half-vertical angle in the beam direction. The beam direction vector and the beam half-vertical angle are expressed by equation 2.
【００１７】[0017]
【数２】 [Equation 2]
【００１８】本発明の実施の形態１によるビーム方向制
御装置においては、衛星の搭載アンテナは１つしかない
ため、アンテナ選択部14は削除される。送信対象とする
地上局はビーム方向制御装置自身が決定するため、コマ
ンド解析部18は削除される。In the beam direction control device according to the first embodiment of the present invention, since the satellite has only one antenna, the antenna selection unit 14 is omitted. Since the ground station to be transmitted is determined by the beam direction control device itself, the command analysis unit 18 is deleted.
【００１９】本発明の実施の形態１によるビーム方向制
御装置においては、地上局から衛星を見たときの仰角が
最も大きくなる地上局に対してデータ送信を行うことに
なる。また、条件を満たす地上局が存在しない場合は送
信を行わない。以上により、衛星運用基地局からの送信
対象地上局を指定するコマンドを介すること無く自律的
にデータ送信が行える。In the beam direction control apparatus according to the first embodiment of the present invention, data is transmitted to the ground station having the largest elevation angle when the satellite is viewed from the ground station. Also, if there is no ground station that satisfies the conditions, transmission is not performed. As described above, it is possible to autonomously perform data transmission without the command from the satellite operation base station designating the ground station to be transmitted.
【００２０】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２を表す機能構成図である。図２のビーム方向制御装置
1において、衛星位置計測装置2、衛星速度計測装置3、
時刻計測装置4、衛星姿勢角度計測装置5、衛星姿勢角速
度計測装置6、衛星位置伝播計算部8、衛星姿勢角度伝播
計算部9、衛星−地上局距離計算部11、地上局方向ベク
トル計算部12、ゲイン補正値計算部15、移相値計算部1
6、移相器・増幅器設定部17は図４の従来の装置と同じ
ものである。図２に示す本発明の実施の形態２と図４の
従来の装置では、従来の装置においてコマンドで指定さ
れていたアンテナをビーム方向制御装置自身が決定する
という点及び送信対象地上局が単一であるという点にお
いて異なる。それに伴い、図２の本発明の実施の形態２
では図４の従来の装置に比べて仰角計算部7が増設、地
上局選択部10及びコマンド解析部18が削除され、座標変
換部13及びアンテナ選択部14の処理が変更されている。
以下に変更された部分について説明する。Embodiment 2. FIG. 2 is a functional block diagram showing the second embodiment of the present invention. Beam direction control device of FIG.
In 1, satellite position measuring device 2, satellite velocity measuring device 3,
Time measurement device 4, satellite attitude angle measurement device 5, satellite attitude angular velocity measurement device 6, satellite position propagation calculation unit 8, satellite attitude angle propagation calculation unit 9, satellite-ground station distance calculation unit 11, ground station direction vector calculation unit 12 , Gain correction value calculation unit 15, phase shift value calculation unit 1
6. The phase shifter / amplifier setting unit 17 is the same as the conventional device of FIG. In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 and the conventional apparatus of FIG. 4, the point that the beam direction control apparatus itself determines the antenna designated by the command in the conventional apparatus and the ground station to be transmitted is single. It differs in that it is. Accordingly, the second embodiment of the present invention shown in FIG.
In comparison with the conventional device of FIG. 4, the elevation angle calculation unit 7 is added, the ground station selection unit 10 and the command analysis unit 18 are deleted, and the processes of the coordinate conversion unit 13 and the antenna selection unit 14 are changed.
The changed parts will be described below.
【００２１】仰角計算部7では、送信対象の地上局に対
して地上局から衛星を見たときの仰角を計算する。仰角
は数３で表される。当該仰角が可視限界となる仰角限界
値よりも小さい場合は送信不可能と判断し、データ送信
中の場合は送信を中止する。なお、仰角限界値は地上局
の受信装置と衛星の送信装置の性能及び通信回線の品質
限界によりあらかじめ決定される値である。The elevation angle calculation unit 7 calculates the elevation angle when the satellite is viewed from the ground station with respect to the ground station to be transmitted. The elevation angle is expressed by Equation 3. When the elevation angle is smaller than the elevation limit value that is the visible limit, it is determined that transmission is impossible, and when data is being transmitted, transmission is stopped. The elevation angle limit value is a value that is determined in advance by the performance of the receiving device of the ground station and the transmitting device of the satellite and the quality limit of the communication line.
【００２２】[0022]
【数３】 [Equation 3]
【００２３】本発明の実施の形態２によるビーム方向制
御装置においては、送信対象となる地上局は単一のた
め、地上局選択部10は削除される。また、送信に使用す
るアンテナはビーム方向制御装置自身が決定するため、
コマンド解析部18は削除される。In the beam direction control device according to the second embodiment of the present invention, since there is only one ground station to be transmitted, the ground station selection unit 10 is omitted. Also, since the beam direction control device itself determines the antenna used for transmission,
The command analysis unit 18 is deleted.
【００２４】座標変換計算部13では、地上局方向ベクト
ル計算部12で計算された単一の送信対象地上局の方向ベ
クトルを、全てのフェイズドアレイアンテナのアンテナ
座標系に変換し、それぞれのアンテナにおけるビーム方
向の半頂角を求める。ビーム方向ベクトル及びビーム半
頂角は数４で表される。The coordinate transformation calculation unit 13 transforms the direction vector of the single transmission target ground station calculated by the ground station direction vector calculation unit 12 into the antenna coordinate system of all the phased array antennas, and in each antenna. Obtain the half-vertical angle in the beam direction. The beam direction vector and the beam half-vertical angle are expressed by Equation 4.
【００２５】[0025]
【数４】 [Equation 4]
【００２６】アンテナ選択部14では、上記で求められた
全てのフェイズドアレイアンテナのアンテナ座標系にお
けるビーム半頂角のうち、最も小さな値を持つフェイズ
ドアレイアンテナを送信に使用するアンテナとする。た
だし、全てのビーム半頂角がビーム送信限界角度よりも
大きい場合はデータ送信に用いるアンテナがないと判断
し、データ送信中の場合は送信を中止する。なお、ビー
ム送信限界角度の値は仰角限界値は地上局の受信装置と
衛星の送信装置の性能及び通信回線の品質限界によりあ
らかじめ決定される値である。In the antenna selection unit 14, the phased array antenna having the smallest value among the beam half apex angles in the antenna coordinate system of all the phased array antennas obtained above is used as the antenna for transmission. However, if all beam half-vertical angles are larger than the beam transmission limit angle, it is determined that there is no antenna used for data transmission, and if data transmission is in progress, transmission is stopped. The beam transmission limit angle value is an elevation angle limit value that is determined in advance according to the performance of the ground station receiver and satellite transmitter and the quality limit of the communication line.
【００２７】本発明の実施の形態２によるビーム方向制
御装置においては、地上局に対してビーム方向の半頂角
が最も小さくなるアンテナからデータ送信を行うことに
なる。また、条件を満たすアンテナが存在しない場合は
送信を行わない。以上により、衛星運用基地局からの使
用アンテナを指定するコマンドを介すること無く自律的
にデータ送信が行える。In the beam direction control device according to the second embodiment of the present invention, data transmission is performed from the antenna having the smallest half-vertical angle in the beam direction to the ground station. Also, if there is no antenna that satisfies the conditions, transmission is not performed. As described above, it is possible to autonomously perform data transmission without the command from the satellite operation base station designating the antenna to be used.
【００２８】実施の形態３．図３は本発明の実施の形態
３を表す機能構成図である。図３のビーム方向制御装置
1において、衛星位置計測装置2、衛星速度計測装置3、
時刻計測装置4、衛星姿勢角度計測装置5、衛星姿勢角速
度計測装置6、衛星位置伝播計算部8、衛星姿勢角度伝播
計算部9、衛星−地上局距離計算部11、地上局方向ベク
トル計算部12、ゲイン補正値計算部15、移相値計算部1
6、移相器・増幅器設定部17は図４の従来の装置と同じ
ものである。図３に示す本発明の実施の形態３と図４の
従来の装置では、従来の装置においてコマンドで指定さ
れていたアンテナ及び地上局をビーム方向制御装置自身
が決定するという点において異なる。それに伴い、図３
の本発明の実施の形態３では図４の従来の装置に比べて
仰角計算部7が増設、コマンド解析部18が削除され、地
上局選択部10及び座標変換部13の処理が変更されてい
る。以下に変更された部分について説明する。Embodiment 3. FIG. 3 is a functional configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. Beam direction control device of FIG.
In 1, satellite position measuring device 2, satellite velocity measuring device 3,
Time measurement device 4, satellite attitude angle measurement device 5, satellite attitude angular velocity measurement device 6, satellite position propagation calculation unit 8, satellite attitude angle propagation calculation unit 9, satellite-ground station distance calculation unit 11, ground station direction vector calculation unit 12 , Gain correction value calculation unit 15, phase shift value calculation unit 1
6. The phase shifter / amplifier setting unit 17 is the same as the conventional device of FIG. The third embodiment of the present invention shown in FIG. 3 differs from the conventional apparatus of FIG. 4 in that the beam direction control apparatus itself determines the antenna and ground station specified by the command in the conventional apparatus. Along with that, Fig. 3
In the third embodiment of the present invention, the elevation angle calculation unit 7 is added, the command analysis unit 18 is deleted, and the processes of the ground station selection unit 10 and the coordinate conversion unit 13 are changed as compared with the conventional apparatus of FIG. . The changed parts will be described below.
【００２９】仰角計算部7では、全ての地上局に対して
地上局から衛星を見たときの仰角を計算する。仰角は数
５で表される。The elevation angle calculator 7 calculates the elevation angles of all the ground stations when the satellite is viewed from the ground station. The elevation angle is expressed by the equation 5.
【００３０】[0030]
【数５】 [Equation 5]
【００３１】地上局選択部10では、上記で求められた全
ての地上局における仰角のうち、最も大きい値を持つ地
上局を送信対象の地上局とする。ただし、全ての仰角が
地上局における衛星の可視限界となる仰角限界値よりも
小さい場合は送信対象地上局がないと判断し、データ送
信中の場合は送信を中止する。なお、仰角限界値は地上
局の受信装置と衛星の送信装置の性能及び通信回線の品
質限界によりあらかじめ決定される値である。In the ground station selection unit 10, the ground station having the largest value among the elevation angles of all the ground stations obtained above is set as the ground station to be transmitted. However, if all elevation angles are smaller than the elevation limit value that is the satellite visibility limit at the ground station, it is determined that there is no target ground station for transmission, and transmission is stopped if data is being transmitted. The elevation angle limit value is a value that is determined in advance by the performance of the receiving device of the ground station and the transmitting device of the satellite and the quality limit of the communication line.
【００３２】座標変換計算部13では、地上局方向ベクト
ル計算部12で計算される地上局選択部10で選択された地
上局の方向ベクトルを、全てのフェイズドアレイアンテ
ナのアンテナ座標系に変換し、それぞれのアンテナにお
けるビーム方向の半頂角を求める。ビーム方向ベクトル
及びビーム半頂角は数６で表される。The coordinate transformation calculation unit 13 transforms the direction vector of the ground station selected by the ground station selection unit 10 calculated by the ground station direction vector calculation unit 12 into the antenna coordinate system of all phased array antennas, The half-vertical angle in the beam direction at each antenna is obtained. The beam direction vector and the beam half-vertical angle are expressed by Equation 6.
【００３３】[0033]
【数６】 [Equation 6]
【００３４】アンテナ選択部14では、上記で求められた
全てのフェイズドアレイアンテナのアンテナ座標系にお
けるビーム半頂角のうち、最も小さな値を持つフェイズ
ドアレイアンテナを送信に使用するアンテナとする。た
だし、全てのビーム半頂角がビーム送信限界角度よりも
大きい場合はデータ送信に用いるアンテナがないと判断
し、データ送信中の場合は送信を中止する。なお、ビー
ム送信限界角度の値は仰角限界値は地上局の受信装置と
衛星の送信装置の性能及び通信回線の品質限界によりあ
らかじめ決定される値である。In the antenna selecting section 14, the phased array antenna having the smallest value among the beam half-vertical angles in the antenna coordinate system of all the phased array antennas obtained above is used as the antenna for transmission. However, if all beam half-vertical angles are larger than the beam transmission limit angle, it is determined that there is no antenna used for data transmission, and if data transmission is in progress, transmission is stopped. The beam transmission limit angle value is an elevation angle limit value that is determined in advance according to the performance of the ground station receiver and satellite transmitter and the quality limit of the communication line.
【００３５】本発明の実施の形態３によるビーム方向制
御装置においては、送信対象とする地上局及び送信に使
用するアンテナはビーム方向制御装置自身が決定するた
め、コマンド解析部18は削除される。In the beam direction control device according to the third embodiment of the present invention, the command line analysis unit 18 is omitted because the beam direction control device itself determines the ground station to be transmitted and the antenna used for transmission.
【００３６】以上のアルゴリズムによる最適なアンテナ
・地上局の組み合わせの探索は、地上局の数をM、アン
テナの数をNとするとO(M+N)の計算量で済み、全ての組
み合わせを調べた場合の計算量O(MN)に比べてアンテナ
及び地上局の数が増えた場合に有利である。この "O"
はアルゴリズムにおける計算量を表す記号で、O(M+N),
O(MN) とは、計算量がそれぞれ M+N, MN に比例するこ
とを示すものである。The search for the optimum combination of antenna and ground station by the above algorithm is O (M + N), where M is the number of ground stations and N is the number of antennas, and all combinations are examined. This is advantageous when the number of antennas and ground stations is increased compared to the calculation amount O (MN) in the case of. This "O"
Is a symbol that represents the amount of calculation in the algorithm, and O (M + N),
O (MN) means that the amount of calculation is proportional to M + N and MN, respectively.
【００３７】本発明の実施の形態３によるビーム方向制
御装置においては、地上局から衛星を見たときの仰角が
最も大きくなる地上局に対してビーム方向の半頂角が最
も小さくなるアンテナからデータ送信を行うことにな
る。また、条件を満たす地上局とアンテナが存在しない
場合は送信を行わない。以上により、衛星運用基地局か
らのコマンドを介すること無く自律的にデータ送信が行
える。In the beam direction control device according to the third embodiment of the present invention, data is transmitted from the antenna having the smallest half-vertical angle in the beam direction with respect to the ground station having the largest elevation angle when the satellite is viewed from the ground station. It will be sent. Also, if there are no ground stations and antennas that satisfy the conditions, transmission is not performed. As described above, it is possible to autonomously transmit data without using a command from the satellite operation base station.
【００３８】[0038]
【発明の効果】第１の発明によれば、衛星運用基地局か
らの送信対象地上局を指定するコマンドによらずにビー
ム方向制御装置が送信対象となる地上局を自律的に選択
し、データを送信することが可能となり、衛星運用者の
負荷が軽減されると共に衛星運用の自律性を増すことが
できる。According to the first aspect of the present invention, the beam direction control device autonomously selects the ground station to be transmitted, without relying on the command from the satellite operation base station to specify the ground station to be transmitted, and the data is transmitted. Can be transmitted, the load on the satellite operator can be reduced, and the autonomy of satellite operation can be increased.
【００３９】第２の発明によれば、衛星運用基地局から
のアンテナを指定するコマンドによらずにビーム方向制
御装置が送信に使用するアンテナを自律的に選択し、デ
ータを送信することが可能となり、衛星運用者の負荷が
軽減されると共に衛星運用の自律性を増すことができ
る。According to the second invention, it is possible to autonomously select the antenna to be used by the beam direction control device for transmission and transmit the data, without depending on the command for designating the antenna from the satellite operation base station. Therefore, the load on the satellite operator can be reduced and the autonomy of satellite operation can be increased.
【００４０】第３の発明によれば、衛星運用基地局から
の送信対象地上局を指定するコマンド及び送信に使用す
るアンテナを指定するコマンドによらずにビーム方向制
御装置が送信対象となる地上局と送信に使用するフェイ
ズドアレイアンテナを自律的に選択し、データを送信す
ることが可能となり、衛星運用者の負荷が軽減されると
共に衛星運用の自律性を増すことができる。According to the third aspect of the invention, the ground direction station to which the beam direction control device is to be transmitted does not depend on the command specifying the transmission target ground station from the satellite operation base station and the command specifying the antenna used for transmission. It becomes possible to autonomously select the phased array antenna used for transmission and to transmit data, which reduces the load on the satellite operator and increases the autonomy of satellite operation.
【図１】 本発明によるビーム方向制御装置の実施の形
態１を示す機能構成図である。FIG. 1 is a functional configuration diagram showing a first embodiment of a beam direction control device according to the present invention.
【図２】 本発明によるビーム方向制御装置の実施の形
態２を示す機能構成図である。FIG. 2 is a functional configuration diagram showing a second embodiment of a beam direction control device according to the present invention.
【図３】 本発明によるビーム方向制御装置の実
施の形態３を示す機能構成図である。FIG. 3 is a functional configuration diagram showing a third embodiment of a beam direction control device according to the present invention.
【図４】 従来のビーム方向制御装置を示す機能構成図
である。FIG. 4 is a functional configuration diagram showing a conventional beam direction control device.
1 ビーム方向制御装置、2 衛星位置計測装置、3 衛
星速度計測装置、4 時刻計測装置、5 衛星姿勢角度計
測装置、6 衛星姿勢角速度計測装置、7 仰角計算部、
8 衛星位置伝播計算部、9 衛星姿勢角度伝播計算部、
10 地上局選択部、11 衛星−地上局間距離計算部、12
地上局方向ベクトル計算部、13 座標変換計算部、14
アンテナ選択部、15 ゲイン補正値計算部、16 移相
値計算部、17 移相器・増幅器設定部、18 コマンド解
析部、19 コマンド受信部、20フェイズドアレイアンテ
ナ（未使用）、21 フェイズドアレイアンテナ（使用
中）、22 衛星運用基地局、23 地上局（送信対象）、
24 地上局（非送信対象）、25 衛星。1 beam direction control device, 2 satellite position measurement device, 3 satellite velocity measurement device, 4 time measurement device, 5 satellite attitude angle measurement device, 6 satellite attitude angular velocity measurement device, 7 elevation angle calculation unit,
8 satellite position propagation calculator, 9 satellite attitude angle propagation calculator,
10 Ground station selection unit, 11 Satellite-ground station distance calculation unit, 12
Ground station direction vector calculation unit, 13 Coordinate conversion calculation unit, 14
Antenna selection unit, 15 gain correction value calculation unit, 16 phase shift value calculation unit, 17 phase shifter / amplifier setting unit, 18 command analysis unit, 19 command reception unit, 20 phased array antenna (unused), 21 phased array antenna (In use), 22 satellite operation base stations, 23 ground stations (transmission target),
24 ground stations (non-transmission target), 25 satellites.
Claims (3)
複数の地上局にデータ送信を行う機能を有する衛星のビ
ーム方向制御装置において、上記複数の地上局に対して
地上局から衛星を見たときの仰角を計算する仰角計算手
段と、上記仰角計算手段により求められた複数の地上局
における仰角のうち最も大きい値を持つ地上局を送信対
象地上局として選択する地上局選択手段と、上記地上局
選択手段により選択された地上局の方向ベクトルを上記
単一のフェイズドアレイアンテナのアンテナ座標系に変
換する座標変換手段と、衛星−地上局間の距離及び上記
座標変換手段により変換されたアンテナ座標系おけるビ
ーム方向からフェイズドアレイアンテナの移相及びゲイ
ンを設定する移相及びゲイン設定手段とを具備したこと
を特徴とするビーム方向制御装置。1. A beam direction control device for a satellite having a single phased array antenna and having a function of transmitting data to a plurality of ground stations, comprising: An elevation angle calculating means for calculating an elevation angle, a ground station selecting means for selecting a ground station having the largest elevation angle among a plurality of ground angles obtained by the elevation angle calculating means as a transmission target ground station, and the above ground station selection In the coordinate transformation means for transforming the direction vector of the ground station selected by the means into the antenna coordinate system of the single phased array antenna, the distance between the satellite and the ground station and the antenna coordinate system transformed by the coordinate transformation means. A beam comprising phase shift and gain setting means for setting the phase shift and gain of the phased array antenna from the beam direction. Direction control device.
単一の地上局にデータ送信を行う機能を有する衛星のビ
ーム方向制御装置において、送信対象の上記単一の地上
局に対して当該地上局から衛星を見たときの仰角を計算
する仰角計算手段と、衛星から上記地上局を見たときの
地上局の方向ベクトルを計算する地上局方向ベクトル計
算手段と、上記地上局方向ベクトル計算手段により計算
された方向ベクトルを上記複数のフェイズドアレイアン
テナのアンテナ座標系に変換し、それぞれのアンテナに
おけるビーム方向の半頂角を求める座標変換手段と、上
記座標変換手段により求められたそれぞれのアンテナに
おけるビーム方向の半頂角のうち最も小さい値を持つフ
ェイズドアレイアンテナを選択するアンテナ選択手段
と、上記選択されたフェイズドアレイアンテナにおける
ビーム方向及び衛星−地上局間距離から当該フェイズド
アレイアンテナの移相及びゲインを設定する移相及びゲ
イン設定手段とを具備したことを特徴とするビーム方向
制御装置。2. A beam direction control device for a satellite having a plurality of phased array antennas and having a function of transmitting data to a single ground station, comprising: Is calculated by the elevation angle calculation means for calculating the elevation angle when looking at the ground station, the ground station direction vector calculation means for calculating the direction vector of the ground station when looking at the ground station from the satellite, and the ground station direction vector calculation means. The directional vector is converted to the antenna coordinate system of the plurality of phased array antennas, the coordinate conversion means for obtaining the half-vertical angle of the beam direction in each antenna, and the beam direction of each antenna obtained by the coordinate conversion means. Antenna selection means for selecting the phased array antenna having the smallest half-vertical angle, and the selected antenna A beam direction control device comprising: a phase shift and gain setting means for setting a phase shift and a gain of the phased array antenna based on a beam direction in the phased array antenna and a distance between a satellite and a ground station.
複数の地上局に同時にデータ送信を行う機能を有する衛
星のビーム方向制御装置において、上記複数の地上局に
対して地上局から衛星を見たときの仰角を計算する仰角
計算手段と、上記仰角計算手段により求められた複数の
地上局における仰角のうち最も大きい値を持つ地上局を
送信対象地上局として選択する地上局選択手段と、上記
地上局選択手段により選択された地上局の方向ベクトル
を上記複数のフェイズドアレイアンテナのアンテナ座標
系に変換し、それぞれのアンテナにおけるビーム方向の
半頂角を求める座標変換手段と、上記座標変換手段によ
り求められたそれぞれのアンテナにおけるビーム方向の
半頂角のうち最も小さい値を持つフェイズドアレイアン
テナを選択するアンテナ選択手段と、上記選択されたフ
ェイズドアレイアンテナにおけるビーム方向及び衛星−
送信対象地上局間距離から当該フェイズドアレイアンテ
ナの移相及びゲインを設定する移相及びゲイン設定手段
とを具備したことを特徴とするビーム方向制御装置。3. A beam direction control device for a satellite having a plurality of phased array antennas and having a function of simultaneously transmitting data to a plurality of ground stations, when the satellite is viewed from the ground stations with respect to the plurality of ground stations. An elevation angle calculating means for calculating an elevation angle, a ground station selecting means for selecting a ground station having the largest elevation angle among a plurality of ground angles obtained by the elevation angle calculating means as a transmission target ground station, and the above ground station selection The direction vector of the ground station selected by the means is converted into the antenna coordinate system of the plurality of phased array antennas, and the coordinate transformation means for obtaining the half-vertical angle of the beam direction in each antenna and the coordinate transformation means are obtained. The antenna that selects the phased array antenna with the smallest half-vertical angle in the beam direction for each antenna Tenor selecting means, beam direction and satellites in the selected phased array antenna
A beam direction control device comprising: a phase shift and gain setting means for setting a phase shift and a gain of the phased array antenna from a distance between ground stations to be transmitted.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001399649A JP2003198440A (en) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | Beam direction controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001399649A JP2003198440A (en) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | Beam direction controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003198440A true JP2003198440A (en) | 2003-07-11 |
Family
ID=27604591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001399649A Pending JP2003198440A (en) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | Beam direction controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003198440A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016174774A1 (en) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | 三菱電機株式会社 | Transmission station, control station, reception station, data transfer system, and data transfer method |
-
2001
- 2001-12-28 JP JP2001399649A patent/JP2003198440A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016174774A1 (en) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | 三菱電機株式会社 | Transmission station, control station, reception station, data transfer system, and data transfer method |
| JPWO2016174774A1 (en) * | 2015-04-30 | 2017-09-21 | 三菱電機株式会社 | Transmitting station, control station, receiving station, data transmission system and data transmission method |
| US10938467B2 (en) | 2015-04-30 | 2021-03-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Transmitting station, control station, receiving station, data transmission system, and data transmission method |
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