JP2007235564A - デュアルグリッドアンテナ装置及びアンテナ鏡軸調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インターコスタルを用いることなく、インターコスタルによるブロッキングや損失をなくすことの可能なデュアルグリッドアンテナを得ることを目的とする。
【解決手段】 前面反射鏡を回動自在に支持し、前面反射鏡の角度を検出するとともに鏡軸方向を角度調整する第１の駆動装置と、後面反射鏡を回動自在に支持し、前面反射鏡の角度を検出するとともに鏡軸方向を角度調整する第２の駆動装置と、第１、第２の駆動装置を制御する制御部を備え、前面反射鏡の鏡軸と後面反射鏡の鏡軸とが合致するように、前面反射鏡及び後面反射鏡の角度を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、人工衛星に搭載される、デュアルグリッドアンテナ装置及びアンテナ鏡軸（アンテナビーム軸）の調整方法に関するものである。

近年、通信容量の拡大にともない、直交する２つの直線偏波を共用したアンテナが主流になってきている。このため、衛星搭載用アンテナとしては、低交差偏波のアンテナが必要となる。そのアンテナの一つとして、デュアルグリッドアンテナがある(例えば非特許文献１、２参照)。

宮原他、"鏡面修整デュアルグリッドアンテナ"、信学技報、A-P96-1（1996-4） 牧野他、"二重グリッド反射鏡アンテナの放射特性"、AP研、A・P88-70

デュアルグリッドアンテナは、直交する２つの直線偏波を共用し、周波数の有効利用が可能なアンテナである。デュアルグリッドアンテナは、グリッドパターンを設けた前面反射鏡と、グリッドの無い導体面である後面反射鏡の２枚からなり、前後２枚の反射鏡はリング状のインターコスタルにより接続されている。そのため、交差偏波成分を十分に小さくできる。

しかし、インターコスタルのような衝立を用いて前後反射鏡を接続すると、打ち上げ後の熱歪の影響により鏡面が変形し、前後の反射鏡のアンテナビーム軸にずれが生じる可能性がある。また後面反射鏡の主偏波パターンが、インターコスタルによるブロッキングや損失の影響を受ける。そのため所望の電気的特性を満足することができないという問題があった。

この発明は、係る課題を解決することを目的としたものであり、アンテナビーム軸のずれを軽減するとともに、インターコスタルによるブロッキングや損失をなくすことの可能なデュアルグリッドアンテナを得ることを目的とする。

この発明に係わるデュアルグリッドアンテナは、グリットの形成された前面反射鏡と、上記前面反射鏡に対しオフセット角を有し、かつ鏡面が平行移動した位置に配置される後面反射鏡と、上記前面反射鏡及び後面反射鏡に直交した異なる偏波を給電し、異なる焦点にそれぞれ配置された２つの給電ホーンと、上記前面反射鏡を回動自在に支持し、前面反射鏡の角度を検出するとともに鏡軸方向を角度調整する第１の駆動装置と、上記後面反射鏡を回動自在に支持し、前面反射鏡の角度を検出するとともに鏡軸方向を角度調整する第２の駆動装置と、上記第１、第２の駆動装置を制御する制御部と、上記第１、第２の駆動装置を支持し、衛星構体に固定される支持部と、を備え、
上記制御部は、上記第１、第２の駆動装置により検出される角度が、上記前面反射鏡の鏡軸と後面反射鏡の鏡軸とが合致する基準角度に一致するように、第１、第２の駆動装置による上記前面反射鏡及び後面反射鏡の角度調整量を制御するようにしたものである。

また、地上局との通信により、上記前面反射鏡から第１の偏波を送信しながら上記前面反射鏡を回動させ、第１の偏波の送信時刻と上記前面反射鏡の回転角度とその回転角度に対応した時刻情報とを、地上局に送信する第１のステップ、上記前面反射鏡から送信され上記地上局で受信した受信電力が最大となるときに、上記地上局で受信した上記第１の偏波の送信時刻と時刻の対応する上記前面反射鏡の回転角度で、上記前面反射鏡を固定する第２のステップ、上記後面反射鏡から上記第１の偏波と直交する第２の偏波を送信しながら上記後面反射鏡を回動させ、第２の偏波の送信時刻と上記後面反射鏡の回転角度とその回転角度に対応した時刻情報とを、地上局に送信する第３のステップ、上記後面反射鏡から送信され上記地上局で受信した受信電力が最大となるときに、上記地上局で受信した上記第２の偏波の送信時刻と時刻の対応する上記後面反射鏡の回転角度で、上記後面反射鏡を固定する第４のステップ、の順序で前面反射鏡と後面反射鏡のアンテナ鏡軸の方向を角度調整しても良い。

この発明によれば、前面反射鏡と後面反射鏡をインターコスタルで接続することなく、衛星軌道上で前面反射鏡と後面反射鏡のアンテナビーム軸を正確に位置合わせすることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は前面反射鏡を鏡軸方向（ｚ軸方向）から見た図である。
図において、デュアルグリッドアンテナ装置（以下、ＤＧＳ）１００は、前面反射鏡２と後面反射鏡３と支持構造部５と制御部３０を備えて構成される。ＤＧＳ１００は人工衛星の衛星構体１１０の外部パネル面１１１に固定される。なお、図中、衛星構体１１０は一部分のみ記載している。

前面反射鏡２と後面反射鏡３は、鏡軸方向（ｚ軸方向）から見て円形開口で重なっている。それぞれの焦点はオフセット面内に配置され、前面反射鏡２と後面反射鏡３を異なるオフセット角にし、ｚ軸方向に相対的に平行移動することにより、焦点を分離している。これによって、構造がオフセット面に対して左右対称であり、熱による変形に対しバランスをとりやすい特長がある。

図１（ｂ）において左半分の半円は前面反射鏡２を図示し、右半分の半円は後面反射鏡３を図示している。前面反射鏡２にはグリッドパターン８が鏡面上に設けられており、グリッドに直交する偏波成分のみを反射する。前面反射鏡２の鏡面はアラミド繊維強化複合材料（プラスチック）により成形される。グリッドパターン８は前面反射鏡２の成形鏡面に、所定の間隔で配列された導体スリットを設けることによって構成される。後面反射鏡３は、ＣＦＲＰにより成形されたグリッドパターンの無い鏡面であり、前面反射鏡２の透過成分を反射する。すなわち、前面反射鏡２と後面反射鏡３とで、互いに直交する２つの直線偏波を反射し、偏波共用アンテナとして機能する。前面反射鏡２と後面反射鏡３は、それぞれ（第１の）駆動装置１ａ、（第２の）駆動装置１ｂにより角度調整可能に支持されて、支持構造部５に設置されている。

前面反射鏡２の焦点位置には（第１の）給電ホーン４ａが設置され、後面反射鏡３の焦点位置には（第２の）給電ホーン４ｂが設置される。前面反射鏡２及び後面反射鏡３は、各給電ホーン４ａ、４ｂの励振分布に基づいて所望のビーム成形がなされるように、放物面に対し鏡面修正を行って反射鏡面を最適化している。給電ホーン４ａ、４ｂは、前面反射鏡２及び後面反射鏡３を介して電波を送信もしくは受信する。この際、給電ホーン４ａは水平偏波、給電ホーン４ｂは垂直偏波を給電する。

支持構造部５はトラス構造体や構造用パネル部材等を立体的に組み合わせ結合して構成され、構造部材として作用する。支持構造部５は、駆動装置１ａ、１ｂを取付面に据え付けする基部１０１と、各給電ホーン４ａ、４ｂが取り付けされる突設部１０２と、背面部１０３とを備えている。基部１０１は外部パネル面１１１上に取付される。基部１０１の一端側に突設部１０２が設置され、基部１０１の他端側に背面部１０３が設置される。基部１０１と突設部１０２は、各給電ホーン４ａ、４ｂと各鏡面との間に所望の焦点距離を与えるように所定距離離れて設置され、突設部１０２と背面部１０３は基部１０１の取付面からそれぞれ突き出すように接続されている。この際、突設部１０２と背面部１０３の間に駆動装置１ａ、１ｂが配置され、駆動装置１ａ、１ｂがＤＧＳ１００の重心付近に配置されるように構成されている。すなわち、背面部１０３はバランス部材として機能する。駆動装置１ａは、基部１０１と突設部１０２の間に配置されており、前面反射鏡２の前面を支える。駆動装置１ｂは、基部１０１と背面部１０３の“くの字型”に屈曲した接続部分に配置されており、後面反射鏡３の背面を支える。給電ホーン４ａは給電ホーン４ｂに対し、突設部１０２の先端側（図の１上側）に配置される。駆動装置１ａ、１ｂは、前面反射鏡２、後面反射鏡３を、それぞれ２軸方向に回動自在に支持している。製造段階で、前面反射鏡２、後面反射鏡３を駆動装置１ａ、１ｂに取り付ける際に適宜角度調整が行われ、前面反射鏡２、後面反射鏡３の各焦点は各給電ホーン４ａ、４ｂの放射口の開口中心に一致するように予め位置調整が行われている。また、このときの駆動装置１ａによる前面反射鏡２の仰角（ピッチ角）及び旋回角（ヨー角）と、駆動装置１ｂによる前面反射鏡２の仰角及び旋回角は、組立て調整時に、予め基準初期角度として計測される。

制御部３０は、人工衛星９の衛星構体１１０内に収納され、電気ケーブルを介して駆動装置１ａ、１ｂにそれぞれ電気的に接続されている。制御部３０は、各種データ処理や制御電圧の生成を行うコントロールユニットや、各種データが読み込み及び書き込み可能な記憶ユニットから構成される。
また、制御部３０は衛星構体内に収納された衛星搭載通信機３１に電気的に接続されている。衛星搭載通信機３１はオムニアンテナ３２を有しており、オムニアンテナ３２を通じて地上との交信を行う。

図２は、前面反射鏡２、後面反射鏡３を駆動する駆動装置１ａ、１ｂの構成を示す図であり、図２（ａ）は前面反射鏡２及び駆動装置１ａの側面図、図２（ｂ）は前面反射鏡２を鏡軸方向（ｚ軸方向）から見た図、図２（ｃ）は後面反射鏡３及び駆動装置１ｂの側面図、図２（ｄ）は後面反射鏡３を鏡軸方向（ｚ軸方向）から見た図である。図において、ｘ軸は前面反射鏡２及び後面反射鏡３のオフセット面内でｚ軸に直交しかつ基部１０１の底面から突き出る方向、ｙ軸はｚ軸及びｘ軸に直交する方向である。図１では、ｘ軸が基部１０１に対して傾斜するように設置した例を示したが、ｘ軸が基部１０１、すなわち外部パネル面１１１に対して直交するように配置しても良い。

駆動装置１ａは、ロータ１４と、ターンテーブル１５と、固定部１９とを備えて構成される。ロータ１４は、前面反射鏡２を仰角方向（ｙ軸周り）に回動させ、前面反射鏡２を上下動作させる。固定部１９は支持部材５に支持固定される。ターンテーブル１５は、前面反射鏡２を固定部１９に対し旋回方向（ｘ軸周り）に回動させ、前面反射鏡２を旋回動作させる。また、ロータ１４、ターンテーブル１５は、各々アクチュエータと角度検出器を備えており、角度検出器により検出された角度信号は制御部３０に出力される。アクチュエータは、モータ出力軸に減速機やプーリやリンク機構が接続されたモータ、ダイレクトドライブモータ等を用いて構成され、ロータ１４、ターンテーブル１５をそれぞれ駆動する。角度検出器はレゾルバや各種エンコーダを用いて構成され、ロータ１４、ターンテーブル１５における所定の基準角度に対する相対的な回転角を計測する。ターンテーブル１５は、被回転側に接続部１７が取付されている。接続部１７は、ターンテーブル１５に取付される底面と、底面に対して立設した取付面を備えており、この取付面に前面反射鏡２が取付される。接続部１７は、前面反射鏡２を確実に保持し、機械的な構造強度を得るための構造リブとして作用する。前面反射鏡２を取付ける接続部１７は、前面反射鏡２の反射鏡面下端部を保持する。

同様にして、駆動装置１ｂは、ロータ１４と、ターンテーブル１５と、固定部１９とを備えて構成される。ロータ１４は、後面反射鏡３を仰角方向（ｙ軸周り）に回動させ、後面反射鏡３を上下動作させる。固定部１９は支持部材５に支持固定される。ターンテーブル１５は、後面反射鏡３を固定部１９に対し旋回方向（ｘ軸周り）に回動させ、後面反射鏡３を旋回動作させる。また、ロータ１４、ターンテーブル１５は、各々アクチュエータと角度検出器を備えており、角度検出器により検出された角度信号は制御部３０に出力される。アクチュエータは、モータ出力軸に減速機やプーリやリンク機構が接続されたモータ、ダイレクトドライブモータ等を用いて構成され、ロータ１４、ターンテーブル１５をそれぞれ駆動する。角度検出器はレゾルバや各種エンコーダを用いて構成され、ロータ１４、ターンテーブル１５における所定の基準角度に対する相対的な回転角を計測する。ターンテーブル１５は、被回転側に接続部１７が取付されている。接続部１８は、ターンテーブル１５に取付される底面と、底面に対して立設した取付面を備えており、この取付面に後面反射鏡３が取付される。接続部１８は、後面反射鏡３を確実に保持し、機械的な構造強度を得るための構造リブとして作用する。また、後面反射鏡３を取付ける接続部１８は、後面反射鏡３の反射鏡背面下端部を保持する。

なお、宇宙空間では、前面反射鏡２及び後面反射鏡３に対し地球の重力はほぼ作用しないので、駆動装置１ａ、１ｂとの接続部分には大きな荷重が作用しない。しかし、人工衛星９の挙動変化や周回軌道３００上の移動に伴って、前面反射鏡２と後面反射鏡３に微小な慣性トルクや外乱トルクが作用する。このため、駆動装置１ａ、２ｂの各アクチュエータの動作停止時に、前面反射鏡２と後面反射鏡３の角度が停止位置からずれないように、アクチュエータに電磁ブレーキ等の回転留めを設けておく。

制御部３０から出力される制御電圧は駆動装置１ａ、１ｂの各アクチュエータに入力される。制御部３０により駆動装置１ａ、１ｂを制御して、前面反射鏡２と後面反射鏡３の仰角及び旋回角を調整することにより、前面反射鏡２と後面反射鏡３の各焦点が、それぞれ空間内で位置調整される。通信制御部４０は、給電ホーン４ａ、４ｂに電気的に接続される。

通信制御部４０は、制御部３０から送信信号が入力され、給電ホーン４ａ、４ｂに対して送信信号を同時に給電する。これによって、前面反射鏡２と後面反射鏡３から同時に直交偏波を有した送信電波が送出される。測位装置５０は、ＧＰＳ衛星やGaleleo、GLONASS等の航法測位衛星から送信される搬送波（Ｃ／Ａコード、Ｐコード等を含む測位信号）を受信し、受信信号に基づいて衛星測位航法（単独測位）により、地球固定座標系での人工衛星９の自己位置を測位する。測位装置５０で測位した衛星位置は制御部３０に送信される。姿勢検出装置６０は、地球センサ、太陽センサ、もしくはスターセンサ等を用いて、地球固定座標系で表現された衛星基準方向の姿勢角度（オイラー角）を検出する。衛星基準方向は、人工衛星９の製造段階で、衛星構体１１０の外部パネル面１１１にＤＧＳ１００を設置し、ＤＧＳ１００の鏡軸方向（ｚ軸方向）を調整した際に設定される。この場合、衛星基準方向をＤＧＳ１００の理想的な鏡軸方向（ｚ軸方向）に設定しておく。姿勢制御装置７０は、モーメンタムホイールやスラスターを駆動して、人工衛星９の姿勢を制御する。

図３は、前面反射鏡２と後面反射鏡３の角度調整の概念を示す図である。
図において、給電ホーン４ａから放射された電波は、前面反射鏡２の反射鏡面によって図の符号７ａの矢視に示す反射方向（前面反射鏡２による電波の反射方向）に反射される。また、給電ホーン４ｂから放射された電波は、後面反射鏡３の反射鏡面によって図の符号７ｂの矢視に示す反射方向（後面反射鏡３による電波の反射方向）に反射される。
ここで、前面反射鏡２による電波の反射方向７ａと後面反射鏡３による電波の反射方向７ｂは、駆動装置１ａ、１ｂによって前面反射鏡２と後面反射鏡３とが適切な仰角及び旋回角に調整されることにより、鏡軸方向６に合致する。このときの前面反射鏡２及び後面反射鏡３の各仰角及び旋回角は、基準角度（基準仰角及び基準旋回角）として、制御部３０の記憶ユニットに格納さる。なお、製造段階においては、上掲した組立て調整時に設定される基準初期角度も予め記憶ユニットに格納されている。

この実施の形態は以上のように構成され、次のように動作する。
図４は、人工衛星９が周回軌道３００上を移動する際の、地上局８０による前面反射鏡２と後面反射鏡３の角度調整の方法を示す概念図である。
図において、地上局８０はアンテナや送受信装置やデータ記録装置や計算機等を備え、管制局２００との間でデータの授受を行う。地上局８０は人工衛星９の衛星搭載通信機３１及びＤＧＳ１００とそれぞれ通信を行うための各種アンテナを備えており、人工衛星９は地上局８０との間で交信を行う。この交信によって、人工衛星９の衛星搭載通信機３１は、地上局８０に対してテレメトリ情報を送信し、地上局８０は人工衛星９に対してコマンド情報１０を送信する。地上局８０は受信したテレメトリ情報を管制局２００に送信する。管制局２００ではテレメトリ情報の解析を行い、解析結果に基づいてコマンド情報を生成し、生成したコマンド情報を地上局８０に送出する。地上局８０はコマンド情報を人工衛星９の衛星搭載通信機３１に送信する。また、人工衛星９のＤＧＳ１００は、地上局８０に対して通信用電波を送信する。ＤＧＳ１００の前面反射鏡２及び後面反射鏡３から同時に送信される電波は、水平面偏波及び垂直面偏波を有している。

人工衛星９は、ロケットにより地上から打ち上げされ、軌道上に投入される。打ち上げから軌道投入までの間、ＤＧＳ１００を折り畳んだ状態で衛星構体の側面に保持し、軌道投入後に折り畳んだＤＧＳ１００の保持を解放して、ＤＧＳ１００を所定の角度まで展開する。展開とともに、ＤＧＳ１００の前面反射鏡２及び後面反射鏡３の仰角及び旋回角度が、制御部３０によって基準初期角度に調整される。
なお、ＤＧＳ１００は、支持構造部５を展開させる展開機構を設けてもいいし、駆動装置１ａ、１ｂを用いて前面反射鏡２及び後面反射鏡３を展開しても良い。ＤＧＳ１００の展開機構や保持解放機構については、ここでは詳細な説明を割愛する。

打ち上げが完了し、人工衛星９が軌道投入され、ＤＧＳ１００が展開した後、軌道上で運用開始される前に、ＤＧＳ１００の軌道上試験が行われる。

軌道上試験では、人工衛星９のＤＧＳ１００から地上局８０に対して送信電波を送出する。その際、前面反射鏡２と後面反射鏡３のアンテナビーム軸がずれていれば、地上局８０で受信する受信電波は、２つの直交偏波の電気的損失がそれぞれ劣化するので、その電力レベルの低下や交差偏波の増加を検出することができる。管制局２００では地上局８０の受信電波を解析し、その電力レベルの低下や交差偏波の増加を検出すると、管制局２００の情報記憶装置に格納された基準データとの比較により、前面反射鏡２と後面反射鏡３のアンテナビーム軸がずれていると判断した場合に、地球局８０から人工衛星９にコマンド情報１０を送り、アンテナビーム軸のずれ分を調整するように、制御部３０が各駆動装置１ａ、２ｂを稼動させる。

また、制御部３０によるそのときの実際の調整量（前面反射鏡２及び後面反射鏡３の仰角及び旋回角）は、人工衛星９から地球局８０にテレメトリ情報として送信され、地球局８０では人工衛星９からのテレメトリ情報を取得する。取得したテレメトリ情報は、地球局８０での衛星運用における基準データとして、地球局８０の情報記憶装置に順次格納される。地球局８０では、衛星運用を続けるに当たり、周回軌道上４０において鏡面変形以外の不具合が生じたときも、そのテレメトリ情報を基準データと比較するなどの解析を行って、不具合事象の分析を行うことが可能となる。その際、駆動装置１ａ、１ｂで前面反射鏡２と後面反射鏡３の角度を微調整することにより、両者のアンテナビームの軸調整が可能となる。

軌道上試験時において、アンテナビーム軸のずれは、以下のように検出され、調整がなされる。

まず、ステップＳ１において、管制局２００は姿勢制御のコマンド情報を生成し、地上局８０に送出する。地上局８０は、生成した姿勢制御のコマンド情報を人工衛星９の制御部３０に対して送信する。人工衛星９の制御部３０は、姿勢制御のコマンド情報を受けて、姿勢制御を開始する。
この際、人工衛星９の制御部３０は、測位装置５０が測位した人工衛星９の位置Ｘ１と、地球固定座標系で表現された地上局８０の位置Ｘ２とから、地球固定座標系での人工衛星９に対する地上局８０の相対方向ｐ＝Ｘ２−Ｘ１を求める。ここで、地上局８０の位置Ｘ２は予め既知の値として、制御部３０の記憶ユニットに格納されている。また、姿勢検出装置６０を用いて、地球固定座標系での衛星基準方向の姿勢角度ｅ（オイラー角φ、θ、ψ）を検出する。得られた相対方向ｐ及び姿勢角度ｅに基づいて、衛星基準方向が人工衛星９に対する地上局８０の相対方向ｄに一致するように、姿勢制御装置７０を制御する。これによって、衛星基準方向、すなわちＤＧＳ１００の理想的な鏡軸方向（ｚ軸方向）が地上局８０を指向する。
なお、軌道計算により人工衛星９の位置Ｘ１が予め正確に判明している場合は、軌道計算の結果を用いて、地球固定座標系での人工衛星９に対する地上局８０の相対方向ｐ＝Ｘ２−Ｘ１を求めても良い。

次にこの状態で、ステップＳ２において、管制局２００は、給電ホーン４ａの送信制御のコマンド情報を生成し、地上局８０に送出する。地上局８０は、生成された給電ホーン４ａの送信制御のコマンド情報を、人工衛星９の制御部３０に対して送信する。人工衛星９の制御部３０は、送信制御のコマンド情報を受けて、ＤＧＳ１００の送信制御を開始する。
この際、制御部３０は通信制御部４０を制御し、給電ホーン４ａから水平偏波（第１の偏波）の電波放射を開始させる。給電ホーン４ａから放射された送信電波は、前面反射鏡２で反射され、地上局８０において受信される。通信制御部４０は、給電ホーン４ａから送出する電波に対し送信時刻の情報を乗せる。この送信時刻は、測位装置５０が受信したＧＰＳ衛星からの測位信号に基づいて、ＧＰＳ時刻に同期した時刻として与えられる。地上局８０は受信電波を検波し、受信電波の電力と、受信電波に含まれるＤＧＳ１００の送信時刻情報を、管制局２００に送信する。管制局２００は、受信電波の電力と送信時刻をペアにして、情報記憶装置に格納する。

次に、ステップＳ３において、管制局２００は前面反射鏡２の駆動制御のコマンド情報を生成し、地上局８０に送出する。地上局８０は、生成された前面反射鏡２の駆動制御のコマンド情報を、人工衛星９の制御部３０に対して送信する。人工衛星９の制御部３０は、駆動制御のコマンド情報を受けて、ＤＧＳ１００の駆動制御を開始する。
この際、制御部３０は駆動装置１ａを制御し、前面反射鏡２の可動角範囲内（例えば基準初期角度を中心とする±１０度以内の範囲）において、所定時間間隔で前面反射鏡２を上下方向及び旋回方向にゆっくり回動させる。なお、後面反射鏡３が前面反射鏡２に衝突しないように、駆動装置１ｂを同時に制御して、後面反射鏡３が前面反射鏡２と同じ角度だけ動くようにしても良い。

駆動装置１ａによって駆動された前面反射鏡２の仰角及び旋回角は、テレメトリ情報として、衛星搭載通信機３１から地上局８０に送信される。このテレメトリ情報には、駆動装置１ａが仰角及び旋回角を計測した計測時間が同時に付与される。この計測時間は、測位装置５０が受信したＧＰＳ衛星からの測位信号に基づいて、ＧＰＳ時刻に同期した時刻として与えられる。地上局８０では、このテレメトリ情報を受信し、管制局２００は受信したテレメトリ情報から前面反射鏡２の仰角及び旋回角を抽出し、情報記憶装置に格納する。

次いで、ステップＳ４において、管制局２００は、地上局８０で受信され情報記憶装置に格納された受信電波の電力変化を解析する。この解析結果に基づいて受信電波の受信電力が最大となるときの前面反射鏡２の角度を求める。例えば、仰角及び旋回角のテレメトリ情報に含まれる時刻情報に基づいて、受信電力最大時のＤＧＳ１００の送信時刻と一致する時刻における、前面反射鏡２の仰角及び旋回角を求める。この解析は、受信電力最大時の前面反射鏡２の角度（仰角及び旋回角）を複数回計測し、各種統計処理を行うことによって行われる。例えば、受信電力最大時の角度の平均値や中央値等を求めることによって、統計処理された受信電力最大時の前面反射鏡２の仰角及び旋回角を求めても良い。統計処理された受信電力最大時の前面反射鏡２の仰角及び旋回角は、前面反射鏡２の基準角度として設定され、管制局２００の情報記憶装置に基準データとして格納される。

次に、ステップＳ５において、前面反射鏡２の基準角度が設定された後、管制局２００は、人工衛星９に対して駆動装置１ａによる駆動を停止させる停止のコマンド情報と前面反射鏡２の基準角度を送信する。人工衛星９の制御部３０は、停止のコマンド情報と前面反射鏡２の基準角度を受けると、内蔵する記憶ユニットに前面反射鏡２の基準角度を格納する。また、制御部３０は駆動装置１ａ、２ｂを角度制御して、前面反射鏡２の角度（仰角及び旋回角）が基準角度に一致するように調整した後、回転留めによってこの基準角度を保持する。この制御部３０による角度制御の詳細については後述する。

続いてこの状態で、ステップＳ６において、管制局２００は給電ホーン４ｂの送信制御のコマンド情報を生成し、地上局８０に送出する。地上局８０は、生成された給電ホーン４ｂの送信制御のコマンド情報を、人工衛星９の制御部３０に対して送信する。人工衛星９の制御部３０は、送信制御のコマンド情報を受けて、ＤＧＳ１００の送信制御を開始する。
この際、制御部３０は通信制御部４０を制御し、給電ホーン４ｂから垂直偏波（第２の偏波）の電波放射を開始させる。給電ホーン４ｂから放射された送信電波は、後面反射鏡３で反射され、地上局８０において受信される。通信制御部４０は、給電ホーン４ｂから送出する電波に対し送信時刻の情報を乗せる。この送信時刻は、測位装置５０が受信したＧＰＳ衛星からの測位信号に基づいて、ＧＰＳ時刻に同期した時刻として与えられる。地上局８０は受信電波を検波し、受信電波の電力と、受信電波に含まれるＤＧＳ１００の送信時刻情報を、管制局２００に送信する。管制局２００は、受信電波の電力と送信時刻をペアにして、情報記憶装置に格納する。

次に、ステップＳ７において、地上局８０は、管制局２００で生成される後面反射鏡３の駆動制御のコマンド情報を、人工衛星９の制御部３０に対して送信する。人工衛星９の制御部３０は、駆動制御のコマンド情報を受けて、ＤＧＳ１００の駆動制御を開始する。
この際、制御部３０の記憶ユニットに格納された前面反射鏡２の基準初期角度と基準角度との角度差が求められ、この角度差を後面反射鏡３の基準初期角度に加算して、後面反射鏡３の基準初期角度が補正される。制御部３０は駆動装置１ｂを制御し、後面反射鏡３の可動角範囲内において、所定時間間隔で前面反射鏡２を上下方向及び旋回方向にゆっくり回動させる。後面反射鏡３は、補正された基準初期角度を中心とする範囲（例えば±１度以内の範囲）を可動角範囲として、駆動制御される。この場合、後面反射鏡３が停止している前面反射鏡２に衝突しないように、可動角範囲を設定する。

駆動装置１ｂによって駆動された後面反射鏡３の仰角及び旋回角は、テレメトリ情報として、衛星搭載通信機３１から地上局８０に送信される。このテレメトリ情報には、駆動装置１ｂが仰角及び旋回角を計測した計測時間が同時に付与される。この計測時間は、測位装置５０が受信したＧＰＳ衛星からの測位信号に基づいて、ＧＰＳ時刻に同期した時刻として与えられる。地上局８０では、このテレメトリ情報を受信し、管制局２００は受信したテレメトリ情報から後面反射鏡３の仰角及び旋回角を抽出し、情報記憶装置に格納する。

次いで、管制局２００は、ステップＳ８において、地上局８０で受信され情報記憶装置に格納された受信電波の電力変化を解析する。この解析結果に基づいて受信電波の受信電力が最大となるときの後面反射鏡３の角度を求める。例えば、仰角及び旋回角のテレメトリ情報に含まれる時刻情報に基づいて、受信電力最大時にＤＧＳ１００の送信時刻と一致する時刻における、後面反射鏡３の仰角及び旋回角を求める。この解析は、受信電力最大時の後面反射鏡３の角度を複数回計測し、各種統計処理を行うことによって行われる。例えば、受信電力最大時の角度の平均値や中央値等を求めることによって、統計処理された受信電力最大時の後面反射鏡３の仰角及び旋回角を求めても良い。統計処理された受信電力最大時の後面反射鏡３の仰角及び旋回角は、後面反射鏡３の基準角度として設定され、管制局２００の情報記憶装置に基準データとして格納される。

最後に、ステップＳ９において、後面反射鏡３の基準角度が設定された後、管制局２００は、人工衛星９に対して駆動装置１ｂによる駆動を停止させる停止のコマンド情報と後面反射鏡３の基準角度を送信する。人工衛星９の制御部３０は、停止のコマンド情報と後面反射鏡３の基準角度を受けると、内蔵する記憶ユニットに後面反射鏡３の基準角度を格納する。また、制御部３０は駆動装置２ｂを角度制御して、後面反射鏡３の角度（仰角及び旋回角）が基準角度に一致するように調整した後、回転留めによってこのを基準角度に保持する。この制御部３０による角度制御の詳細については後述する。

以上のようにして、軌道上試験で行われる前面反射鏡２及び後面反射鏡３の調整角度や最大受信電力や調整経過は、時刻情報とともに管制局２００の情報記憶装置に基準データとして格納される。

次に、人工衛星９の周回軌道上でＤＧＳ１００を通常利用する際に行われる、アンテナビームの軸ずれ検出及び調整動作について説明する。

まず、通常使用時に人工衛星上でオンボードで実行される、軸ずれ検出及び調整動作について説明する。
この調整動作では、前面反射鏡２と後面反射鏡３の仰角及び旋回角が基準角度に対してずれているか否かを検出し、角度調整を行う。なお、この角度調整動作は、ＤＧＳ１００の展開後や軌道試験時に、前面反射鏡２及び後面反射鏡３の角度を基準初期角度や基準角度に設定する場合においても、同様にして行われる。

この調整動作において、ＤＧＳ１００は、駆動装置１ａ、２ｂの各角度検出器を用いて、前面反射鏡２と後面反射鏡３の仰角及び旋回角をそれぞれ検出する。制御部３０は、検出した各仰角及び旋回角が記憶ユニットに格納された基準角度に一致するか否かを判定する。
判定の結果、不一致であった場合は、基準角と検出した仰角及び旋回角との差分を演算し、差分にゲイン係数を乗じた値を制御電圧として駆動装置１ａ、２ｂの各アクチュエータに印加する（フィードバックする）。駆動装置１ａ、２ｂの各アクチュエータは、印加された制御電圧に基づいて、ターンテーブル１５及びロータ１４を回転させ、前面反射鏡２と後面反射鏡３がそれぞれ基準角度に一致するように制御する。
また、判定の結果、一致した場合は、制御電圧の印加を停止し、各アクチュエータの動作を停止させて、前面反射鏡２と後面反射鏡３をそれぞれの基準角度で停止させる。
この角度調整動作は、時間経過や周回軌道上での移動に伴って、前面反射鏡２と後面反射鏡３のアンテナビームが軸ずれを生じた場合において、前面反射鏡２と後面反射鏡３がそれぞれ基準角度に一致するように実施される。これによって、前後反射鏡面間でアンテナビーム軸を常に正確に一致させることができる。

次に、長期使用時に、ＤＧＳ１００のアンテナビーム軸が次第に基準角度からずれ、軸ずれを生じた場合の軸ずれ検出動作について説明する。

この調整動作において、管制局２００は、地上局８０を通じて、ＤＧＳ１００の制御部３０に対して、軸ずれ検出動作を指示するためのコマンド情報を、ＤＧＳ１００の制御部３０に送信して行われる。この場合、管制局２００は、軌道上試験で実施した、上掲のステップ２〜ステップ８と同様の方法によって、ＤＧＳ１００を制御して、軸ずれ検出し、軸ずれを調整することができる。

なお、人工衛星９の通常使用時において、人工衛星９のＤＧＳ１００から定期的に試験用の送信信号を送り、地上局８０がＤＧＳ１００から受信した受信電波を基に、常時管制局２００で受信電波のモニタを行っても良い。この際、地上局８０が受信した水平及び垂直偏波の各受信電力を、軌道上試験時に計測した基準データと比較解析し、得られた解析結果を元に水平もしくは垂直偏波の受信電力の変化を検出しても良い。また、検出結果に基づいて上掲のステップ２〜ステップ８に記載したような手法によって、基準角度を求めても良い。また、求めた基準角度をコマンド情報として人工衛星９の制御部３０に送信することにより、記憶ユニットに格納された基準角度を更新しても良い。

以上のように構成されたＤＧＳ１００では、前後反射鏡２、３は駆動装置１ａ、１ｂによりアンテナ軸を所望の角度に調整できるため、図２に示すように、鏡面変形によるずれたアンテナ軸７ａ、７ｂを所望のアンテナ軸６に合致するように、調整することが可能となる。これにより、後面反射鏡３から反射され前面反射鏡２を透過する際の直線偏波の電気的損失や、多重反射による電界の乱れや、交差偏波を低減することができる。また、前後反射鏡２、３のアンテナビーム軸を精度良く整合させた直交偏波共用アンテナを得ることができるので、直交偏波共用アンテナとしての通信品質が格段に向上し、周波数の有効利用を図ることができる。

なお、前記非特許文献１に記載された従来のデュアルグリッドアンテナにおけるインターコスタルは、サンドイッチ構造の誘電体により構成された誘電体リングを、前面反射鏡と後面反射鏡の間の、中央部周辺と外周部周辺に２重に配置していた。このインターコスタルにおける内側と外側の直径と厚みは、インターコスタルによる電気損失と、人工衛星に搭載することを想定した機械性能（熱環境における熱変形、及び剛性）が考慮されて設計される。例えば、宇宙空間での温度環境変化に伴い前面反射鏡と後面反射鏡の間で発生する熱変形により、前後反射鏡面間でアンテナビーム軸がずれないように、インターコスタルによって前後反射鏡面間を高剛性に支持していた。

しかし、後面反射鏡の主偏波パターンは、インターコスタルによるブロッキングや電気損失の影響を受けることが避けられず、そのため所望の電気的特性を満足することができない場合がある。
例えば、広い周波数帯域を得るため、口径３ｍ以上の大きさを有し狭ビームを出力することのできるＤＧＳ１００を構成する場合、熱変形によって反射鏡の鏡軸がずれないように、インターコスタルによる支持構造を強化する必要がある。この場合、中央部から外周部に掛けて同心状に、径の異なる３つの誘電体リングを３重に配置する必要が生じて、インターコスタルによるブロッキングや損失の影響が無視し得なくなる。

これに対し、この実施の形態によれば、インターコスタルを使用せずに、人工衛星９の周回軌道上で、駆動装置１によって前面反射鏡２と後面反射鏡３を各々独立に駆動して、その焦点が給電ホーン４ａ、４ｂに正確に一致するように、アンテナビーム軸の調整を行う。これによって、インターコスタルの干渉によるブロッキングや損失増加の影響が無くなり、口径３ｍ以上の大口径デュアルグリットアンテナを得ることができるようになる。また、宇宙空間での温度環境変化に伴い前後面反射鏡がそれぞれ熱変形を生じても、前後反射鏡面間でアンテナビーム軸のずれを打ち消すようにアンテナビーム軸を調整できるので、前後反射鏡面間でアンテナビーム軸を常に正確に一致させることができる。

さらに、この実施の形態によれば、周回軌道上でＤＧＳ１００のビーム軸を修正できるので、高利得のペンシルビームを送信する場合や、高い周波数を用いる場合であっても、ＤＧＳ１００の前面反射鏡２と後面反射鏡３の軸ずれを修正し、交差偏波や損失が少なく、利得の高い直交偏波ビームを生成することが可能となる。

実施の形態１のデュアルグリッドアンテナ装置の構成を示す図である。 駆動装置の構成を示す図である。 前面反射鏡と後面反射鏡による各アンテナビームの軸ずれを示す図である。 軌道上での各アンテナビームの軸ずれ調整を示す概念図である。 実施の形態１のデュアルグリッドアンテナ装置の軸ずれ調整方法を示す流れ図である。

符号の説明

１ａ （第１の）駆動装置、１ｂ （第２の）駆動装置、２ 前面反射鏡、３ 後面反射鏡、４ａ （第１の）給電ホーン、４ｂ （第２の）給電ホーン、５ 支持部、６ ビーム軸、７ａ （前面反射鏡２による）電波の反射方向、７ｂ （後面反射鏡３による）電波の反射方向、８ 地球局、９ 人工衛星、１０ コマンド情報、１１ テレメトリ情報、３０ 制御部、３１ 衛星搭載通信機、４０ 通信制御部、５０ 測位装置、６０ 姿勢検出装置、７０ 姿勢制御装置、８０ 地上局、１１０ 衛星構体、１００ デュアルグリッドアンテナ（ＤＧＳ）、１１１ 外部パネル面、２００ 管制局。

Claims (2)

1. グリットの形成された前面反射鏡と、
   上記前面反射鏡に対しオフセット角を有し、かつ鏡面が平行移動した位置に配置される後面反射鏡と、
   上記前面反射鏡及び後面反射鏡に直交した異なる偏波を給電し、異なる焦点にそれぞれ配置された２つの給電ホーンと、
   上記前面反射鏡を回動自在に支持し、前面反射鏡の角度を検出するとともに鏡軸方向を角度調整する第１の駆動装置と、
   上記後面反射鏡を回動自在に支持し、前面反射鏡の角度を検出するとともに鏡軸方向を角度調整する第２の駆動装置と、
   上記第１、第２の駆動装置を制御する制御部と、
   上記第１、第２の駆動装置を支持し、衛星構体に固定される支持部と、
   を備え、
   上記制御部は、上記第１、第２の駆動装置により検出される角度が、上記前面反射鏡の鏡軸と後面反射鏡の鏡軸とが合致する基準角度に一致するように、第１、第２の駆動装置による上記前面反射鏡及び後面反射鏡の角度調整量を制御することを特徴としたデュアルグリッドアンテナ装置。
2. 請求項１記載のデュアルグリッドアンテナ装置と、地上局との通信により、アンテナ鏡軸の角度調整を行うデュアルグリッドアンテナ装置のアンテナ調整方法において、
   上記前面反射鏡から第１の偏波を送信しながら上記前面反射鏡を回動させ、第１の偏波の送信時刻と上記前面反射鏡の回転角度とその回転角度に対応した時刻情報とを、地上局に送信する第１のステップ、
   上記前面反射鏡から送信され上記地上局で受信した受信電力が最大となるときに、上記地上局で受信した上記第１の偏波の送信時刻と時刻の対応する上記前面反射鏡の回転角度で、上記前面反射鏡を固定する第２のステップ、
   上記後面反射鏡から上記第１の偏波と直交する第２の偏波を送信しながら上記後面反射鏡を回動させ、第２の偏波の送信時刻と上記後面反射鏡の回転角度とその回転角度に対応した時刻情報とを、地上局に送信する第３のステップ、
   上記後面反射鏡から送信され上記地上局で受信した受信電力が最大となるときに、上記地上局で受信した上記第２の偏波の送信時刻と時刻の対応する上記後面反射鏡の回転角度で、上記後面反射鏡を固定する第４のステップ、
   の順序でアンテナ鏡軸の角度調整を行うアンテナ鏡軸調整方法。

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