JP2006133173A

JP2006133173A - 電波環境観測装置及び電波環境観測方法

Info

Publication number: JP2006133173A
Application number: JP2004325189A
Authority: JP
Inventors: Tadataka Hiruta; 忠孝蛭田
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】目標とする成層圏の電波環境を観測することができる電波環境観測装置及び電波環境観測方法を提供すること。
【解決手段】電波環境観測器本体３及びＧＰＳゾンデ４は気球２によって浮揚する。観測アンテナ７で受信された電波が周波数帯域ごとにそれぞれのバンドパスフィルタ１０を通過し、各周波数帯域の電波の強度がそれぞれの電波強度測定器１１によって測定される。測定電波強度信号が各電圧変換器１２からエンコーダ２５に出力される。検出位置信号、測定温度信号、測定湿度信号及び測定気圧信号がそれぞれＧＰＳ受信部２１、温度センサ２２、湿度センサ２３、気圧センサ２４からエンコーダ２５に出力される。測定電波強度信号、検出位置信号、測定温度信号、測定湿度信号及び測定気圧信号は、エンコーダ２５によって多重化・符号化され、送信機２６に出力され、送信アンテナ８から送信される
【選択図】図１

Description

本発明は、上空の電波環境を観測する電波環境観測装置及び電波環境観測方法に関する。

特許文献１には、電磁妨害波信号を受信するアンテナをヘリコプタに搭載し、ヘリコプタを浮揚させ、アンテナで信号を受信することにより空中の電波環境を観測するシステムについて記載されている。
特開平６−６６８６４号公報

ところで、成層圏では見通しが良いため対流圏において観測できなかった電波が到達することがあり、成層圏においては電波によって種々の機器に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、成層圏での活動前に、成層圏における電波環境を観測することが必要である。しかしながら、特許文献１に記載されたシステムによって成層圏における電波環境を観測しようにも、目標とする成層圏までヘリコプタを飛ばすことはできないので、目標とする成層圏における電波環境を観測することができない。

また、電波を観測するための装置を航空機に取り付け、航空機を飛行させようとしても、航空機が飛行可能な高度が制限され、目標とする成層圏における電波環境を観測することができない。

また、目標とする成層圏よりも低い高度で航空機を飛行させ、電波環境を観測し、その観測結果から目標とする成層圏の電波環境を推測することも考えられるが、その推測精度が低いと、成層圏での活動には危険を伴う。更に、電波を観測するための装置を航空機に取り付ける場合、航空機の改造に多大な費用と時間を要する。

そこで、本発明は、目標とする成層圏の電波環境を観測することができる電波環境観測装置及び電波環境観測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、受信した電波の強度を測定し、測定電波強度信号を出力する電波環境観測器本体と、ＧＰＳ方式により位置を検出し、前記電波環境観測器本体から出力された測定電波強度信号を検出位置信号とともに送信するＧＰＳゾンデと、前記電波環境観測器本体及び前記ＧＰＳゾンデを吊り下げた気球と、を備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、気球によってＧＰＳゾンデ及び電波環境観測器本体が成層圏まで上昇し、受信した電波の強度が電波環境観測器本体によって測定され、測定電波強度信号が電波環境観測器本体からＧＰＳゾンデに出力される。ＧＰＳゾンデにおいては、位置が検出され、検出位置信号とともに測定電波強度信号が送信される。その信号を地上において受信すれば、成層圏における電波環境を観測することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電波環境観測装置において、前記ＧＰＳゾンデは、気象要素を測定し、測定気象要素信号とともに検出位置信号及び測定電波強度信号を送信することを特徴とする。

請求項２に係る発明においては、ＧＰＳゾンデによって気象要素が測定され、測定気象要素信号が検出位置信号及び測定電波強度信号とともに送信されるので、成層圏における電波環境とともに気象要素も観測することができる。
なお、気象要素とは、温度、湿度、気圧、風速、風向等をいう。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の電波環境観測装置において、前記電波環境観測器本体は、電波を受信するアンテナと、前記アンテナによって受信された電波を周波数帯域ごとに通過させる複数のバンドパスフィルタと、それぞれの前記バンドパスフィルタを通過した電波の強度を測定する複数の電波強度測定器と、それぞれの前記電波強度測定器によって測定された電波強度に応じた電圧のレベルに変換することにより表された測定電波強度信号を前記ＧＰＳゾンデに出力する複数の電圧変換器と、を有することを特徴とする。

請求項３に係る発明においては、アンテナで受信した電波が複数のバンドパスフィルタによって周波数帯域ごとに通過するので、電波環境観測器本体において電波の強度を周波数帯域ごとに測定することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の電波環境観測装置において、前記電波環境観測器本体は、電波を受信するアンテナと、前記アンテナによって受信された電波の強度を測定する電波強度測定器と、前記電波強度測定器によって測定された電波強度に応じた電圧のレベルに変換することにより表された測定電波強度信号を前記ＧＰＳゾンデに出力する電圧変換器と、を有することを特徴とする。

請求項４に係る発明においては、アンテナによって電波が受信され、受信した電波の強度が電波強度測定器によって測定され、測定された電波強度が電圧変換器により電圧のレベルに変換される。これにより、電波強度を表す信号が電圧変換器によってＧＰＳゾンデに出力される。そして、測定電波強度信号が検出位置信号とともにＧＰＳゾンデによって送信されるので、その信号を地上において受信することによって成層圏における電波環境を観測することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の電波環境観測装置を前記気球によって打ち上げ、前記ＧＰＳゾンデから送信された信号を地上において受信し、検出された位置及び測定された電波強度を収集することを特徴とする。

請求項５に係る発明によれば、気球によって電波環境観測装置が成層圏まで上昇し、ＧＰＳゾンデから送信された検出位置信号及び測定電波強度信号を地上において受信すれば、成層圏における電波環境を観測することができる。

本発明によれば、気球によってＧＰＳゾンデ及び電波環境観測器本体が成層圏まで上昇し、電波環境観測器本体によって測定された電波強度を表す信号が検出位置信号とともにＧＰＳゾンデによって送信されるので、その信号を地上において受信することによって成層圏における電波環境を観測することができる。

また、電波環境観測器本体が複数のバンドパスフィルタを有するとともに、それぞれのバンドパスフィルタに対応して電波強度測定器及び電圧変換器を有するので、電波環境観測器本体において電波の強度を周波数帯域ごとに測定することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、電波環境観測装置１を示す斜視図である。

図１に示すように、電波環境観測装置１は、浮揚する気球２と、電波の強度を測定する電波環境観測器本体３と、気圧、温度及び湿度を測定するＧＰＳゾンデ４とを備えて構成されている。

電波環境観測器本体３はロープ５によって気球２に連結され、ＧＰＳゾンデ４はロープ６によって電波環境観測器本体３に連結し、気球２に電波環境観測器本体３及びＧＰＳゾンデ４が吊り下げられている。電波環境観測器本体３の上端には、４つの観測アンテナ７が斜めに起立した状態で取り付けられている。ＧＰＳゾンデ４の下端には送信アンテナ８が垂下した状態で取り付けられている。また、電波環境観測器本体３とＧＰＳゾンデ４の間には配線が連結され、この配線によって電力の受給及び信号の転送が電波環境観測器本体３とＧＰＳゾンデ４との間で行われている。なお、気球２と電波環境観測器本体３との間においてロープ５にパラシュートを取り付けても良い。

図２は、電波環境観測装置１のブロック図である。

図２に示すように、電波環境観測器本体３には、複数のバンドパスフィルタ１０が内蔵されている。更に、電波環境観測器本体３には、１つのバンドパスフィルタ１０につき１つの電波強度測定器１１と１つの電圧変換器１２が内蔵されている。

バンドパスフィルタ１０は、観測アンテナ７で受信された電波のうち特定周波数帯域の電波を通過させるものである。バンドパスフィルタ１０ごとに、通過する電波の中心周波数が異なる。

電波強度測定器１１は、バンドパスフィルタ１０を通過した電波の強度を測定するセンサである。

電圧変換器１２は、電波強度測定器１１によって測定された電波の強度を電圧のレベルに変換することによって、電波の強度を表す信号を後述のエンコーダ２５に出力するようになっている。なお、変換される電圧のレベルは電波の強度に比例し、電圧のレベルの範囲は０〜５Ｖである。

ＧＰＳゾンデ４には、ＧＰＳ受信部２１と、温度センサ２２と、湿度センサ２３と、気圧センサ２４と、エンコーダ２５と、送信機２６と、水電池２７とが内蔵されている。

ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ（global positioning system）方式により位置を検出するものである。即ち、ＧＰＳ受信部２１は、複数のＧＰＳ衛星の各々からＧＰＳ信号を受信し、受信したＧＰＳ信号に基づいてＧＰＳゾンデ４の位置を検出し、検出位置を表す信号をエンコーダ２５に出力するようになっている。ＧＰＳゾンデ４の位置は、緯度、経度及び高度によって表されている。

温度センサ２２は温度を測定し、測定温度を表す信号をエンコーダ２５に出力するようになっている。湿度センサ２３は湿度を測定し、測定湿度を表す信号をエンコーダ２５に出力するようになっている。気圧センサ２４は気圧を測定し、測定気圧を表す信号をエンコーダ２５に出力するようになっている。

エンコーダ２５は、電圧変換器１２、ＧＰＳ受信部２１、温度センサ２２、湿度センサ２３及び気圧センサ２４から出力された信号を多重化し、多重化したデータを送信機２６に転送するようになっている。

送信機２６は、エンコーダ２５により多重化したデータで変調して、その変調信号を電波として送信アンテナ８から放射するものである。

水電池２７は、ＧＰＳ受信部２１、温度センサ２２、湿度センサ２３、気圧センサ２４、エンコーダ２５、送信機２６及び電圧変換器１２に電力を供給するものである。また、水電池２７が発電に伴って発熱し、これによりＧＰＳゾンデ４が温められる。これにより、低温（−７０℃）の高空圏においてもＧＰＳゾンデ４が動作する。

電波環境観測装置１の使用方法及び動作並びに電波環境観測装置１を用いた電波観測方法について説明する。

測定しようとする周波数帯域用のバンドパスフィルタ１０を電波環境観測器本体３にセッティングする。そして、水素ガス、ヘリウムガスといった比重の小さいガスを気球２に充填し、気球２に電波環境観測器本体３及びＧＰＳゾンデ４を吊り下げた状態で電波環境観測装置１を上空へ打ち上げ、電波環境観測装置１が気球２によって成層圏で浮揚する。上空においては、電波環境観測器本体３の観測アンテナ７で受信された電波が周波数帯域ごとにそれぞれのバンドパスフィルタ１０を通過し、各周波数帯域の電波の強度がそれぞれの電波強度測定器１１によって測定される。測定された電波の強度は各電圧変換器１２によって電圧に変換され、測定電波強度を表す信号が各電圧変換器１２からエンコーダ２５に出力される。また、検出位置（つまり、緯度、経度、高度）を表す信号がＧＰＳ受信部２１からエンコーダ２５に出力され、測定温度を表す信号が温度センサ２２からエンコーダ２５に出力され、測定湿度を表す信号が湿度センサ２３からエンコーダ２５に出力され、測定気圧を表す信号が気圧センサ２４からエンコーダ２５に出力される。各電圧変換器１２から出力された電波強度信号、ＧＰＳ受信部２１から出力された検出位置信号、温度センサ２２から出力された測定温度信号、湿度センサ２３から出力された測定湿度信号及び気圧センサ２４から出力された測定気圧信号は、エンコーダ２５によって多重化・符号化され、送信機２６に出力され、送信アンテナ８から送信される。

地上においては、レーダーによって電波環境観測装置１を追跡しながら、送信アンテナ８から送信された信号を受信機で受信し、検出位置、測定電波強度、測定温度、測定湿度及び測定気圧を収集する。

以上のように、電波環境観測器を航空機に取り付けるのではなく、電波環境観測器本体３をＧＰＳゾンデ４とともに気球２にセッティングし、気球２によって電波環境観測装置１を浮揚させているので、簡単に且つ低コストで成層圏等の上空の電波環境を観測することができる。更に、気球２を用いているので、電波環境観測装置１を必要な場所から打ち上げることができる。

また、測定電波強度信号が検出位置信号、測定温度信号、測定湿度信号及び測定気圧信号とともに送信されているので、信号を地上で受信することによって、上空の電波強度をリアルタイムでモニタリングすることができ、更に上空の温度、湿度、気圧もモニタリングすることができる。

また、電波環境観測装置１によって上空の電波環境を観測することによって、飛行船を上空に滞留させる場合に種々の機器が正常に動作するかどうかを予め把握することができる。

また、ＧＰＳゾンデは頻繁に打ち上げられているので、従来から打ち上げられているＧＰＳゾンデに代えてこの電波環境観測装置１を打ち上げれば、上空の電波環境観測を頻繁に行うことができる。

更に、複数のバンドパスフィルタ１０が電波環境観測器本体３に設けられているから、電波環境観測器本体３において電波の周波数分析を行うことができる。

図３は変形例の電波環境観測装置１Ａのブロック図であるが、電波環境観測装置１Ａは、図２に示される電波環境観測装置１における電波環境観測器本体３にバンドパスフィルタ１０を１つも設けていないものであって、１つの電波強度測定器１１と１つの電圧変換器１２を電波環境観測器本体３に設けたものである。観測アンテナ７で受信した電波がバンドパスフィルタ１０を通過せずに電波強度測定器１１に至り、電波強度が電波強度測定器１１によって測定される。このように、バンドパスフィルタ１０が電波環境観測器本体３に設けられていないから、電波環境観測器本体３においては電波の周波数分析が行われない。この場合、送信アンテナ８から送信された測定電波強度信号を地上で受信するが、地上において周波数帯域ごとに電波強度を測定すると良い。なお、電波環境観測装置１Ａについては、電波環境観測装置１と同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。

例えば、風向を測定する風向センサ及び風速を測定する風速センサをＧＰＳゾンデ４に設け、測定電波強度信号とともに測定風向信号及び測定風速信号をエンコーダ２５、送信機２６を通じて送信アンテナ８から送信しても良い。

また、上記実施形態では、電波環境観測器本体３とＧＰＳゾンデ４が別体となっていたが、電波環境観測器本体３とＧＰＳゾンデ４が一体となっていても良い。即ち、気球２に吊り下げられた同一のケース内に複数のバンドパスフィルタ１０、複数の電波強度測定器１１、複数の電圧変換器１２、ＧＰＳ受信部２１、温度センサ２２、湿度センサ２３、気圧センサ２４、エンコーダ２５、送信機２６及び水電池２７が設けられていても良い。

電波環境観測装置１の斜視図である。電波環境観測装置１のブロック図である。変形例における電波環境観測装置１Ａのブロック図である。

符号の説明

１電波環境観測装置
２気球
３電波環境観測器本体
４ＧＰＳゾンデ
７観測アンテナ
１０バンドパスフィルタ
１１電波強度測定器
１２電圧変換器

Claims

受信した電波の強度を測定し、測定電波強度信号を出力する電波環境観測器本体と、
ＧＰＳ方式により位置を検出し、前記電波環境観測器本体から出力された測定電波強度信号を検出位置信号とともに送信するＧＰＳゾンデと、
前記電波環境観測器本体及び前記ＧＰＳゾンデを吊り下げた気球と、を備えることを特徴とする電波環境観測装置。
前記ＧＰＳゾンデは、気象要素を測定し、測定気象要素信号とともに検出位置信号及び測定電波強度信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の電波環境観測装置。
前記電波環境観測器本体は、電波を受信するアンテナと、前記アンテナによって受信された電波を周波数帯域ごとに通過させる複数のバンドパスフィルタと、それぞれの前記バンドパスフィルタを通過した電波の強度を測定する複数の電波強度測定器と、それぞれの前記電波強度測定器によって測定された電波強度に応じた電圧のレベルに変換することにより表された測定電波強度信号を前記ＧＰＳゾンデに出力する複数の電圧変換器と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電波環境観測装置。
前記電波環境観測器本体は、電波を受信するアンテナと、前記アンテナによって受信された電波の強度を測定する電波強度測定器と、前記電波強度測定器によって測定された電波強度に応じた電圧のレベルに変換することにより表された測定電波強度信号を前記ＧＰＳゾンデに出力する電圧変換器と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電波環境観測装置。
請求項１から４の何れか一項に記載の電波環境観測装置を前記気球によって打ち上げ、
前記ＧＰＳゾンデから送信された信号を地上において受信し、検出された位置及び測定された電波強度を収集することを特徴とする電波環境観測方法。