JP2018007212A - Ａｉｓ信号受信システム及びａｉｓ信号の受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大規模なアンテナシステムを用いずに人工衛星ならではの軌道位置や観測海域、周辺陸域地形、それに伴う相対的な船舶分布の多様な変化に柔軟に対応すること。【解決手段】、船舶３から送信されるＡＩＳ信号を、人工衛星２に搭載した複数のＡＩＳアンテナ２２１〜２２ｎを介してそれぞれ独立して受信し、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームＳ１〜Ｓｎを形成し、形成したアンテナビームＳ１〜Ｓｎに応じて、受信した各ＡＩＳ信号を観測する。【選択図】図３

Description

本発明は、船舶から送信される自動船舶識別システム（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：ＡＩＳ）信号を人工衛星で受信するＡＩＳ信号受信システム、ＡＩＳ信号の受信方法に関する。

ＡＩＳは海洋を航行する各船舶が発するＶＨＦ帯でのＡＩＳ信号を用いて、それぞれ船舶の位置、速度、船舶識別コード、船種等を把握するシステムであり、主に船舶−船舶間での通信システムとして利用されている。ＡＩＳは国際海事機関（ＩＭＯ）のＳＯＬＡＳ条約（２００２年７月）における勧告で一定条件の船舶に対して順次船舶搭載設備としての搭載が義務付けられた。

２０１２年の世界無線通信会議（Ｗｏｒｌｄ Ｒａｄｉｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓ：ＷＲＣ）において衛星ＡＩＳ専用の新周波数ＡＩＳ３，４の使用が認められ、普及が広がりつつある。人工衛星によるＡＩＳ信号受信システム（人工衛星ＡＩＳ）では、地上側システムによるものと比べ、一度に直径５，０００ｋｍ程度の広範囲（地上側システムのないエリアを含む。）のＡＩＳ信号の受信が可能である利点があり、既に商用サービスが開始される等普及が進んでいる（特許文献１の段落[０１０９]参照）。

特開２０１５−１９７７７９号公報

しかしながら、人工衛星ＡＩＳでは、船舶が過密なエリアでは信号が混信してしまい、信号が受信できても信号の復調ができず、船舶情報を得られない、という課題がある。

従来から受信後の信号波形から信号を分離処理する技術は数多く報告されているが、混信する信号数が多い場合には理論的に限界があり、日本周辺海域（地中海も同様と思われる）では特に船舶も多く、信号の復調が困難である。

これに対して、人工衛星に複数のアンテナや大規模なアンテナを搭載し、アナログ合成等により高指向アンテナを形成しアンテナビームを絞る方法が考えられる。当該方法によれば、受信エリアを狭め混信する信号数を減らすことはできる。しかしながら、一度に広域の受信が可能であり、同じ船舶を広範囲長時間観測することで得られる受信確率の向上という、本来の人工衛星によるメリットが失われるという問題がある。また、人工衛星ならではの軌道位置や観測海域、周辺陸域地形、それに伴う相対的な船舶分布の多様な変化に対し、十分対応ができないという問題がある。これらの課題を解決するには、複数視野を持つ大規模なアンテナシステム等を人工衛星に構築する必要があり、現実的ではない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、大規模なアンテナシステムを用いずに、人工衛星ならではの軌道位置や観測海域、周辺陸域地形、それに伴う相対的な船舶分布の多様な変化に対して柔軟に対応することができる、ＡＩＳ信号受信システム、ＡＩＳ信号の受信方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムは、人工衛星に搭載され、船舶から送信されるＡＩＳ信号をそれぞれ独立して受信するための複数のＡＩＳアンテナと、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、前記形成したアンテナビームに応じて、前記受信した各ＡＩＳ信号を観測するデジタル信号処理部とを具備する。
本発明の一形態に係るＡＩＳ信号の受信方法は、船舶から送信されるＡＩＳ信号を、第１の人工衛星に搭載した複数のＡＩＳアンテナを介してそれぞれ独立して受信し、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、前記形成したアンテナビームに応じて、前記受信した各ＡＩＳ信号を観測する。

本発明によれば、ＤＢＦによりデジタル上でアンテナビームを形成しているので、大規模なアンテナシステムを用いずに人工衛星ならではの軌道位置や観測海域、周辺陸域地形、それに伴う相対的な船舶分布の多様な変化に柔軟に対応可能となる。

本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムは、前記所望のアンテナビームとして、ＤＢＦによりデジタル上で所望のマルチビームを同時に形成することが好ましい。

本発明によれば、マルチビームが観測エリアを補い合うことで、観測エリアを実質的に拡大でき、かつ、観測時間も変わることなく、船舶からのＡＩＳ信号を観測することができる。

本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムは、衛星バスシステムをさらに備え、前記各ＡＩＳアンテナを介して受信した各受信信号を前記衛星バスシステムを介して地上に伝送し、地上側システムで、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、前記形成したアンテナビームに応じて、前記受信した各ＡＩＳ信号を観測することが好ましい。

本発明によれば、処理負荷や計算機リソースに余裕のある地上側システムでＤＢＦ処理することで、人工衛星の処理負荷や搭載機器数の増加を抑えることができ、十分な性能を得るための人工衛星システムが成立する。

本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムは、観測海域及び人工衛星の軌道条件に応じて、前記ＡＩＳ信号を受信するＡＩＳアンテナの数を制御することが好ましい。

本発明によれば、信号分離に必要なアンテナの数は干渉する信号数に依存することを利用し、観測海域や人工衛星の軌道条件に合わせて地上に受信信号を伝送するアンテナの数を制御する。これにより、人工衛星から地上へ伝送しなくてはいけないデータ量が、独立したアンテナの数だけ増加するようなことがなくなる、よって、通信回線が成立しないという問題を回避することができる。

本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムは、前記観測したＡＩＳ信号からデータを復調したときの検出性能と、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成する処理に要する負荷との関係から算出される信号処理負荷量当たりの検出性能指標を収納するデータベースを備えることが好ましい。検出性能指標の評価結果をＡＩＳ信号の観測計画に反映することにより、人工衛星によるＡＩＳ信号の観測をより効率よく行うことができる。

本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムは、前記船舶から送信されるＡＩＳ信号を、第２の人工衛星に搭載したＡＩＳアンテナを介して受信して地上に伝送し、前記地上側システムで、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、前記形成したアンテナビームに応じて、前記伝送された各ＡＩＳ信号を観測することが好ましい。

本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムは、前記船舶から送信されるＡＩＳ信号を、地上に設置されたＡＩＳアンテナを介して受信して前記地上側システムに伝送し、前記地上側システムで、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、前記形成したアンテナビームに応じて、前記伝送された各ＡＩＳ信号を観測することが好ましい。

本発明では、独立したアンテナ毎の各受信信号を異なる軌道上にいる人工衛星やＡＩＳ地上側システムから得て各受信信号からＤＢＦ処理する。観測点毎のアンテナの数やデータ転送量が抑えられ、既存の衛星群や同時打上げの衛星間で協力観測による性能向上が可能となる。

なお、観測点毎で異なる観測エリアが多く生じてしまう場合は、信号分離処理においてノイズとなってしまう性能劣化が生じるが、これは同時打上げの衛星間や軌道条件から適切な衛星選択をすることで改善できる。

本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムは、前記複数のＡＩＳアンテナは偏波特性が異なり、デジタル信号処理部により、偏波ダイバーシティを使って前記受信した各ＡＩＳ信号を観測することが好ましい。

船舶と衛星間は、相対位置や伝搬条件（電離層による偏波回転等）によって偏波成分が変動するため、本発明により柔軟な偏波成分の設定及び最適化が可能となる。

本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムは、複数点給電により円偏波特性となる構造のアンテナを、前記複数点給電をするための各給電部からそれぞれ独立してＡＩＳ信号を取り出し、前記偏波特性が異なる複数のＡＩＳアンテナとして用いることが好ましい。

独立した偏波成分を得るために最大３成分の異なるアンテナが必要となるため、搭載リソースや通信回線への負荷が新たに発生する。特に、衛星ＡＩＳではＶＨＦ帯によりアンテナサイズが大きくなりアンテナ搭載スペースが一番の課題となるが、上記構成によりこれらの課題が解決する。

本発明の一形態に係るＡＩＳ信号受信システムでは、前記ＡＩＳアンテナは当該人工衛星構体自体を使って構成される。

特に、人工衛星構造物形状に対し長い波長特性を持つＡＩＳ信号の特性を利用し、アンテナパターンへの影響や設計調整の手間を軽減させることができる。

本発明では、大規模なアンテナシステムを用いずに人工衛星ならではの軌道位置や観測海域、周辺陸域地形、それに伴う相対的な船舶分布の多様な変化に柔軟に対応することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システムを示す図である。 図1に示す人工衛星が有する受信設備の構成を示す図である。 デジタル上でマルチビームを形成することの概念図である。 本発明の第２の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システムの構成を示すブロック図である。 本発明に係る偏波ダイバーシティに適した平面パッチアンテナの説明図である。 本発明に係る偏波ダイバーシティに適した線状アンテナの説明図である。 一般的な人工衛星におけるＡＩＳアンテナの設置例の説明図（斜視図）である。 一般的な人工衛星におけるＡＩＳアンテナの設置例の説明図（概略的断面図）である。 本発明の第５の実施形態に係るＡＩＳアンテナの設置例の説明図（斜視図）である。 本発明の第５の実施形態に係るＡＩＳアンテナの設置例の説明図（概略的断面図）である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態によって限定的に解釈されるものではない。
〈第１の実施形態〉
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システムを示す図である。
図１に示すように、ＡＩＳ信号受信システム１は、人工衛星２に搭載される受信設備２０を有する。受信設備２０は、船舶から送信されるＡＩＳ信号を、複数のＡＩＳアンテナを介してそれぞれ独立して受信し、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、形成したアンテナビームに応じて、受信した各ＡＩＳ信号を観測する。

図２は、図１に示す人工衛星が有する受信設備の構成を示す図である。

図２に示すように、受信設備２０は、ｎ個のＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎをそれぞれ独立して有し、更にＡＩＳ受信機２２と、デジタル信号処理部２３と、ＡＩＳ信号復調部２４とを有する。ＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎは典型的には線状アンテナや平面パッチアンテナを用いることができる。

ＡＩＳ受信機２２は、ｎ個のＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎに対応するｎ個のＡＩＳサンプリング回路２２_１〜２２_ｎを有する。各ＡＩＳサンプリング回路２２_１〜２２_ｎは典型的には低雑音増幅器（ＬＮＡ）、ダウンコンバータ（Ｄ−Ｃ）及びＡＤ変換器（Ａ−Ｄ）などから構成される。各ＡＩＳサンプリング回路２２_１〜２２_ｎは、それぞれ独立して、ＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎで受信された受信信号からＡＩＳ信号をサンプリングする。

デジタル信号処理部２３は、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、形成したアンテナビームに応じて、受信した各ＡＩＳ信号を観測するものである。典型的にはデジタル信号処理部２３は、各ＡＩＳサンプリング回路２２_１〜２２_ｎからデジタル信号としてのＡＩＳ信号が入力される。デジタル信号処理部２３は、ＤＢＦ処理としてデジタル信号にそれぞれウエイトを与えて合成することで、デジタル上でアンテナビームを形成し、ＡＩＳ信号を観測するものであり、ウエイトを与えて合成する際に異なるウエイトの組み合わせによる並列処理によって、マルチビームを同時に形成する。デジタル信号処理部２３は、各マルチビームを所定の条件に応じて適応的に形成する。なお、ＤＢＦは、利得やビーム幅、方向に合わせてウエイトを決めて観測する手順に限定されず、マルチアンテナによる信号分離全般を意味する。すなわち、ＤＢＦとは、ヌルの方向やメインローブの利得、サイドローブの位置などが、信号分離に都合のよい状況を算出するもの全般を含むものである。

ＡＩＳ信号復調部２４は、従来の受信部に相当し、デジタル信号処理部２３で観測されたＡＩＳ信号からデータをそれぞれ復調する。

なお、本発明は、マルチビームでなくシングルのアンテナビームを、デジタル信号処理部２３により形成するものであってもよい。

このように構成されたＡＩＳ信号受信システム１では、人工衛星２が例えば図１に示した所定の観測海域４を航行する複数の船舶３からＡＩＳ信号を受信する場合には、仮想するマルチビーム（デジタル上のマルチビーム）を形成して複数のエリア５からそれぞれＡＩＳ信号を受信する。この場合に、図３に概念的に示すように、人工衛星２の受信設備２０の各ＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎは、例えば観測海域４の複数の船舶３からそれぞれ所定の単一指向性Ｓ_０でＡＩＳ信号を独立して受信する。

受信した各ＡＩＳ信号は、ＡＩＳ受信機２２でそれぞれ独立してデジタル信号に変換され、各デジタル信号がデジタル信号処理部２３に入力される。

デジタル信号処理部２３では、ＤＢＦ処理によりデジタル上でマルチビームＳ_１〜Ｓ_ｎを形成する。各マルチビームＳ_１〜Ｓ_ｎは、それぞれ当該人工衛星２の軌道位置や観測海域、周辺陸域地形、それに伴う相対的な船舶分布の多様な変化に柔軟に対応して形成すればよい。各マルチビームＳ_１〜Ｓ_ｎは、同一の利得や指向性を有するものでなくてもよいし、走査するものであってもよい。

デジタル信号処理部２３の出力は、例えば従来の複数のフェーズドアレーアンテナのそれぞれの出力に相当するものであり、ＡＩＳ信号復調部２４でそれぞれのエリアのＡＩＳ信号からデータに復調される。

復調されたデータは典型的には人工衛星２が有する衛星バスシステム（図示せず）を介して陸上局６に伝送される。陸上局６はデータをＡＩＳ信号として船舶３に提供する。

このＡＩＳ信号受信システム１では、デジタル信号処理部２３で並列処理によってデジタル上でマルチビームを同時に形成する構成であるので、同時に高利得な複数のビームを得ることができる。従って、それぞれのビームで限られたエリアを観測して混信を防ぎつつ、複数のエリアを同時に観測できる。更に各ビームの指向性、利得、サイドローブ、方向など自在に変更可能であり、人工衛星ならではの軌道位置や観測海域、周辺陸域地形、それに伴う相対的な船舶分布の多様な変化に対し、柔軟に対応することができる。

またこのＡＩＳ信号受信システム１では、デジタル信号処理部２３で並列処理によってデジタル上でマルチビームを同時に形成しているので、エリアごとにフェーズドアレーアンテナを設けるような構成は不要となり、複数のエリアに対して１セットのＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎで対応することが可能となる。従って、大規模なアンテナシステムは不要となり、人工衛星に搭載するシステムとして適したものとなる。特にＡＩＳ信号は、ＶＨＦ帯で波長が長くアンテナの規模が大きくなることから、１セットのＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎで対応可能なことは、人工衛星のシステムとして有利である。

〈第２の実施形態〉
図４は、本発明の第２の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システムの構成を示すブロック図である。この実施形態で第１の実施形態における要素と同一の要素には同一の符号を付す。
図４に示すように、ＡＩＳ信号受信システム２０１は、人工衛星２に搭載される受信設備２２０と、地上側システム２３０とを有する。
人工衛星２は、上記の受信設備２２０と、衛星バスシステム２２１とを有する。
地上側システム２３０は、追跡管制システム２３１と、地上ＤＢＦシステム２３２とを有する。

受信設備２２０は、ｎ個のＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎをそれぞれ独立して有し、更にＡＩＳ受信機２２を有する。ＡＩＳ受信機２２は、ｎ個のＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎに対応するｎ個のＡＩＳサンプリング回路２２_１〜２２_ｎを有する。

衛星バスシステム２２１は、ＡＩＳ受信機２２と、地上側システム２３０の追跡管制システム２３１との間でデータを伝送する。

追跡管制システム２３１は、人工衛星２を追跡し、人工衛星２の衛星バスシステム２２１との間でデータを伝送する。

地上ＤＢＦシステム２３２は、デジタル信号処理部２３と、ＡＩＳ信号復調部２４とを有する。

従って、第２の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システム２０１は、第１の実施形態では人工衛星２側に配置されていたデジタル信号処理部２３及びＡＩＳ信号復調部２４を、地上側に配置した点で第１の実施形態に係る受信設備２０と異なる。

このように構成されたＡＩＳ信号受信システム２０１では、各ＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎでそれぞれ独立して受信したＡＩＳ信号は、ＡＩＳ受信機２２でそれぞれ独立してデジタル信号に変換される。

ＡＩＳ受信機２２で変換された各デジタル信号は、衛星バスシステム２２１及び地上側システム２３０の追跡管制システム２３１を介して、地上ＤＢＦシステム２３２に伝送される。

地上ＤＢＦシステム２３２のデジタル信号処理部２３では、ＤＢＦによりデジタル上でマルチビームＳ_１〜Ｓ_ｎを形成し、形成したアンテナビームに応じて、受信した各ＡＩＳ信号を観測する。ＡＩＳ信号復調部２４では、それぞれのエリアのＡＩＳ信号からデータに復調される。

デジタル信号処理部２３は、処理負荷の大きいＤＢＦ処理を並列処理として実行することから、人工衛星２に当該処理部２３を配置すると人工衛星２の処理負荷が大きくなり、しかも搭載機器数が増加する。これに対して、この第２の実施形態に係るシステム２０１では、処理負荷や計算機リソースに余裕のある地上側システム２３０に当該処理部２３を配置しているので、人工衛星における処理負荷や搭載機器数の増加を抑えることができる。

この第２の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システム２０１では、観測海域及び人工衛星の軌道条件に応じて、ＡＩＳ信号を受信するＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎの数を制御してもよい。具体的には、観測海域及び人工衛星の軌道条件に応じて信号分離に必要なＡＩＳアンテナの数を予めデータベース化しておき、人工衛星２の受信設備２２０では、現在の位置情報から観測海域及び人工衛星の軌道条件を求め、この求められた観測海域及び人工衛星の軌道条件に対応するＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎの数を読み出す。受信設備２２０では、その数のＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎでそれぞれ独立して受信したＡＩＳ信号を、ＡＩＳ受信機２２でそれぞれ独立してデジタル信号に変換する。

ＡＩＳ受信機２２で変換した各デジタル信号は、衛星バスシステム２２１及び地上側システム２３０の追跡管制システム２３１を介して地上ＤＢＦシステム２３２に伝送される。

これにより、人工衛星２から衛星バスシステム２２１及び地上側システム２３０の追跡管制システム２３１を介して地上ＤＢＦシステム２３２に伝送しなくてはいけないデータ量を合理的な量まで減らすことができる。このため、衛星バスシステム２２１と追跡管制システム２３１との間で通信回線が成立しないという問題を回避することができる。

また、この第２の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システム２０１では、地上側システム２３０の地上ＤＢＦシステム２３２側で観測したＡＩＳ信号からデータを復調したときの検出性能と、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成する処理に要する負荷との関係から算出される、信号処理負荷量あたりの検出性能指標を観測ケース毎に評価して予めデータベース化しておくことが好ましい。基本的には、目的の海域を観測できる時間は全てのＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎで受信して信号処理負荷量あたりの検出性能指標を評価する。なお、複数の人工衛星で観測してもよい。

観測海域及び人工衛星の軌道条件に合わせて、必要なＡＩＳアンテナの数及び観測時間を効率的かつ最小限になるように、例えば不要な観測期間ではアンテナ数を切り替えるように、当該検出性能指標の評価結果をＡＩＳ信号の観測計画に反映することができる。これにより人工衛星２によるＡＩＳ信号の観測をより効率よく行うことができる。
なお、通常の観測処理とは別に、ＤＢＦにより信号衝突の顕著な海域や干渉源の到来方向の推定を行い、各軌道での算出結果から位置を特定する処理を行ってもよい。そして、得られた情報は、ＤＢＦ処理時の不要波方向として定義し、衛星位置毎に相対方向を与えてヌルステアリング等で影響を最小限になるよう工夫してもよい。更に、数ある船舶輻輳域を同時に見ないよう人工衛星２の位置毎に各相対方向を与えて、ＤＢＦ処理を最適化してもよい。

〈第３の実施形態〉
図５は、本発明の第３の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システムの構成を示すブロック図である。この実施形態で第１及び第２の実施形態における要素と同一の要素には同一の符号を付す。
図５に示すように、ＡＩＳ信号受信システム３０１は、人工衛星２に搭載される受信設備２２０と、地上側システム２３０と、別のｎ個の人工衛星３０２にそれぞれ搭載される受信設備３２０と、陸上の地上局４００に配置された受信設備４２０とを有する。

人工衛星２は、上記の受信設備２２０と、衛星バスシステム２２１とを有する。
人工衛星３０２は、上記の受信設備３２０と、衛星バスシステム２２１とを有する。

受信設備３２０は、典型形には１つのＡＩＳアンテナ２１_１と、ＡＩＳ受信機３２２とを有する。ＡＩＳ受信機３２２は、１つのＡＩＳアンテナ２１_１に対応する１つのＡＩＳサンプリング回路２２_１を有する。

地上局４００は、受信設備４２０を有する。受信設備４２０は、典型形には１つのＡＩＳアンテナ２１_１と、ＡＩＳ受信機４２２とを有する。ＡＩＳ受信機４２２は、１つのＡＩＳアンテナ２１_１に対応する１つのＡＩＳサンプリング回路２２_１を有する。

地上側システム２３０は、追跡管制システム２３１と、地上ＤＢＦシステム２３２とを有する。

このように構成されたＡＩＳ信号受信システム３０１では、人工衛星２の受信設備２２０の各ＡＩＳアンテナ２１_１〜２１_ｎでそれぞれ独立して受信したＡＩＳ信号は、ＡＩＳ受信機２２でそれぞれ独立してデジタル信号に変換される。

同様に、人工衛星３０２の受信設備３２０のＡＩＳアンテナ２１_１で受信したＡＩＳ信号は、ＡＩＳ受信機３２２でデジタル信号に変換される。地上局４００の受信設備４２０のＡＩＳアンテナ２１_１で受信したＡＩＳ信号は、ＡＩＳ受信機４２２でデジタル信号に変換される。

人工衛星２及び人工衛星３０２の各ＡＩＳ受信機２２、３２２で変換された各デジタル信号は、衛星バスシステム２２１及び地上側システム２３０の追跡管制システム２３１を介して地上ＤＢＦシステム２３２に伝送される。また地上局４００のＡＩＳ受信機４２２で変換されたデジタル信号は、有線ネットワークなどを介して地上ＤＢＦシステム２３２に伝送される。

地上ＤＢＦシステム２３２のデジタル信号処理部２３では、ＤＢＦによりデジタル上でマルチビームＳ_１〜Ｓ_ｎを形成し、形成したアンテナビームに応じて、受信した各ＡＩＳ信号を観測する。ＡＩＳ信号復調部２４では、それぞれのエリアのＡＩＳ信号からデータに復調される。

この第３の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システム３０１では、独立したＡＩＳアンテナ２１_１毎の各受信信号を異なる軌道上にいる人工衛星２、３０２や地上局４００から得て、地上ＤＢＦシステム２３２で各受信信号からＤＢＦ処理している。このため、観測点毎のアンテナの数やデータ転送量が抑えられ、既存の衛星群や同時打上げの衛星間での協力観測による性能向上が可能となる。

この第３の実施形態では、人工衛星２、別の人工衛星３０２及び地上局４００から受信信号を得ていたが、人工衛星２及び別の人工衛星３０２から受信信号を得てもよく、或いは人工衛星２及び地上局４００から受信信号を得てもよい。

〈第４の実施形態〉
図６は、本発明の第４の実施形態に係るＡＩＳ信号受信システムの構成を示すブロック図である。この実施形態で第１の実施形態における要素と同一の要素には同一の符号を付す。
図６に示すように、この実施形態に係るＡＩＳ信号受信システム５０１は、偏波特性が異なるＡＩＳアンテナとして、それぞれ垂直偏波ＡＩＳアンテナ５２１_１と、水平偏波ＡＩＳアンテナ５２１_２と、円偏波ＡＩＳアンテナ５２１_３とを有する。

このＡＩＳ信号受信システム５０１では、各ＡＩＳアンテナ５２１_１〜５２１_ｎでそれぞれ独立して受信したＡＩＳ信号は、ＡＩＳ受信機２２でそれぞれ独立してデジタル信号に変換される。

ＡＩＳ受信機２２で変換された各デジタル信号は、デジタル信号処理部２３に入力される。デジタル信号処理部２３では、ＤＢＦによりデジタル上でマルチビームＳ_１〜Ｓ_ｎを形成し、形成したアンテナビームに応じて、受信した各ＡＩＳ信号を観測する。ここで、ＡＩＳアンテナとして偏波特性の異なるアンテナを用いていることから、偏波ダイバーシティを使って各ＡＩＳ信号を観測することができる。

船舶と衛星間は、相対位置や伝搬条件（電離層による偏波回転等）によって偏波成分が変動する。これに対して、このシステム５０１では偏波ダイバーシティを使って各ＡＩＳ信号を観測しており、デジタル信号処理部２３において各偏波アンテナからの受信信号のウエイトを可変できるので、柔軟な偏波成分の設定及び最適化が可能となる。

この実施形態では、垂直偏波ＡＩＳアンテナ５２１_１、水平偏波ＡＩＳアンテナ５２１_２及び円偏波ＡＩＳアンテナ５２１_３をそれぞれ別個に有すものであるが、複数点給電により円偏波特性となる構造のアンテナを、複数点給電をするための各給電部からそれぞれ独立してＡＩＳ信号を取り出し、偏波特性が異なる複数のＡＩＳアンテナとして用いてもよい。図７及び図８にその例を示す。

図７は、平面パッチアンテナに適用した例である。
図７（ａ）に示すように、平面パッチアンテナ７０１では一般的には平面パッチアンテナ７０１の９０°位相の異なる給電部７０２、７０３からの出力を合成器７０４で合成し、ＡＩＳサンプリング回路７０５に入力している。

これに対して、この実施形態では、図７（ｂ）に示すように、平面パッチアンテナ７０１の９０°位相の異なる給電部７０２、７０３からの出力をそれぞれ独立してＡＩＳサンプリング回路７０５、７０５でデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部２３に入力する。デジタル信号処理部２３は、上記の偏波ダイバーシティ処理及びマルチビームによる観測を行う。

図８は、線状アンテナに適用した例である。
図８（ａ）に示すように、線状アンテナ８０１では一般的には線状アンテナ８０１の９０°位相の異なる給電部８０２、８０３からの出力を合成器８０４で合成し、ＡＩＳサンプリング回路８０５に入力している。

これに対して、この実施形態では、図８（ｂ）に示すように、線状アンテナ８０１の９０°位相の異なる給電部８０２、８０３からの出力をそれぞれ独立してＡＩＳサンプリング回路８０５、８０５でデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部２３に入力する。上記と同様にデジタル信号処理部２３は、偏波ダイバーシティ処理及びマルチビームによる観測を行う。

独立した偏波成分を得るために最大３成分の異なるアンテナが必要となるため、搭載リソースや通信回線への負荷が新たに発生する。特に、衛星ＡＩＳではＶＨＦ帯を用いているので、アンテナサイズが大きくなりアンテナ搭載スペースが一番の課題となる。これに対して、本発明に係るＡＩＳアンテナでは、１つのアンテナを使って、しかもマルチビームによる観測とともに偏波ダイバーシティ処理を行うことができるので、アンテナ搭載スペースを小型化することができ、処理効率も良い。

〈第５の実施形態〉
図９及び図１０は、一般的な人工衛星におけるＡＩＳアンテナの設置例の説明図である。図１１及び図１２は、本発明の第５の実施形態に係るＡＩＳアンテナの設置例の説明図である。

図９及び図１０に示すように、一般的な人工衛星９０１では、人工衛星９０１の衛星構体９０２の外側にＡＩＳアンテナ９０３を配置し、衛星構体９０２の内部の給電部９０４より同軸ケーブルを介してＡＩＳアンテナ９０３に給電する構成が採用されている。

しかし、すでに説明したとおり、衛星ＡＩＳではＶＨＦ帯を用いているので、アンテナサイズが大きくなりアンテナ搭載スペースが課題となる。

これに対して、図１１及び図１２に示すように、第５の実施形態に係るＡＩＳアンテナ９１３は、人工衛星９１１の衛星構体９１２自体を使って構成されている。

人工衛星９１１の衛星構体９１２には、１又は２以上のスリット９１５を適宜設け、衛星構体９１２の内部の給電部９１４より衛星構体９１２に給電することでアンテナ放射器として機能させ、スリット式のＡＩＳアンテナ９１３を構成している。

第５の実施形態に係るＡＩＳアンテナ９１３は、アンテナ搭載スペースを小さくできる。加えて、人工衛星構造物形状に対し長い波長特性を持つＡＩＳ信号の特性を利用し、アンテナパターンへの影響や設計調整の手間を軽減させることができる。

〈その他〉
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で様々変形や応用が可能であり、その範囲の本発明の技術的範囲に属するものである。

例えば、上記実施形態では、デジタル信号処理部においてＤＢＦ処理としてデジタル信号にそれぞれウエイトを与えて合成することで、デジタル上でアンテナビームを形成し、ＡＩＳ信号を観測するものであったが、このウエイト値を観測条件に応じて再利用してもよい。また、観測後からデータ提供の時間を短縮するため、衛星１週回帰分の全観測パスで条件出しを行い、以後は該当する観測パス毎に導出されたウエイト値を再利用してもよい。ただし、この場合には、別システムで定期的または常時ＤＢＦ条件（ウエイト値と同義）を校正させ反映させられることが前提となる。更に、観測後からデータ提供の時間を短縮するため、最も効果的なビーム条件で信号検出を行い、速報データの提供を実現し、その後マルチビーム観測による高検出結果は随時配信するようにしてもよい。

また、本発明のＡＩＳ信号の受信方法は、以下の（１）〜（１０）のとおりである。
（１）複数の船舶から送信される自動船舶識別システム（ＡＩＳ）信号を、第１の人工衛星に搭載した複数のＡＩＳアンテナを介してそれぞれ独立して受信し、
デジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）によりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、
形成したアンテナビームに応じて、受信した各ＡＩＳ信号を観測する、ＡＩＳ信号の受信方法。
（２）上記（１）に記載のＡＩＳ信号の受信方法であって、
所望のアンテナビームとして、ＤＢＦによりデジタル上で所望のマルチビームを同時に形成する、ＡＩＳ信号の受信方法。
（３）上記（１）又は（２）に記載のＡＩＳ信号の受信方法であって、
各ＡＩＳアンテナを介して受信した各受信信号を地上に伝送し、
地上側システムで、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、形成したアンテナビームに応じて、受信した各ＡＩＳ信号を観測する、ＡＩＳ信号の受信方法。
（４）上記（３）に記載のＡＩＳ信号の受信方法であって、
観測海域及び人工衛星の軌道条件に応じて、ＡＩＳ信号を受信するＡＩＳアンテナの数を制御する、ＡＩＳ信号の受信方法。
（５）上記（１）から（４）のうちいずれか一に記載のＡＩＳ信号の受信方法であって、
観測したＡＩＳ信号からデータを復調したときの検出性能とＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成する処理に要する負荷との関係から算出される信号処理負荷量当たりの検出性能指標を観測ケース毎に評価し、
観測海域及び人工衛星の軌道条件に合わせて必要なＡＩＳアンテナの数及び観測時間を効率的かつ最小限になるように、検出性能指標の評価結果をＡＩＳ信号の観測計画に反映する、ＡＩＳ信号の受信方法。
（６）上記（３）から（５）のうちいずれか一に記載のＡＩＳ信号の受信方法であって、
船舶から送信されるＡＩＳ信号を、第２の人工衛星に搭載したＡＩＳアンテナを介して受信して地上に伝送し、
地上側システムで、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、形成したアンテナビームに応じて、伝送された各ＡＩＳ信号を観測する、ＡＩＳ信号の受信方法。
（７）上記（３）から（６）のうちいずれか一に記載のＡＩＳ信号の受信方法であって、
船舶から送信されるＡＩＳ信号を、陸上に設置されたＡＩＳアンテナを介して受信して地上側システムに伝送し、
地上側システムで、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、形成したアンテナビームに応じて、伝送された各ＡＩＳ信号を観測する、ＡＩＳ信号の受信方法。
（８）上記（１）から（７）のうちいずれか一に記載のＡＩＳ信号の受信方法であって、
複数のＡＩＳアンテナは偏波特性が異なるものを含むものであり、
偏波ダイバーシティを使って受信した各ＡＩＳ信号を観測する、ＡＩＳ信号の受信方法。
（９）上記（８）に記載のＡＩＳ信号の受信方法であって、複数点給電により円偏波特性となる構造となるアンテナを、複数点給電をするための各給電部からそれぞれ独立してＡＩＳ信号を取り出し、偏波特性が異なる複数のＡＩＳアンテナとして用いる、ＡＩＳ信号の受信方法。
（１０）上記（１）から（９）のうちいずれか一に記載のＡＩＳ信号の受信方法であって、
ＡＩＳアンテナは当該人工衛星構体自体を使って構成される、ＡＩＳ信号の受信方法。

１、２０１、３０１、５０１ ＡＩＳ信号受信システム
２、３０２、９１１ 人工衛星
３ 船舶
２１_１〜２１_ｎ、９１３ ＡＩＳアンテナ
２２ ＡＩＳ受信機
２２_１〜２２_ｎ、７０５、８０５ ＡＩＳサンプリング回路
２３ デジタル信号処理部
Ｓ_１〜Ｓ_ｎ マルチビーム
２３０ 地上側システム
２３２ 地上ＤＢＦシステム
４００ 地上局
５２１_１ 垂直偏波ＡＩＳアンテナ
５２１_２ 水平偏波ＡＩＳアンテナ
５２１_３ 円偏波ＡＩＳアンテナ
７０１ 平面パッチアンテナ
７０２、７０３ 給電部
８０１ 線状アンテナ
８０２、８０３ 給電部
９１２ 衛星構体

Claims (11)

1. 人工衛星に搭載され、複数の船舶から送信される自動船舶識別システム（ＡＩＳ）信号をそれぞれ独立して受信するための複数のＡＩＳアンテナと、
   デジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）によりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、前記形成したアンテナビームに応じて、前記受信した各ＡＩＳ信号を観測するデジタル信号処理部と
   を具備するＡＩＳ信号受信システム。
2. ＤＢＦによりデジタル上で所望のマルチビームを同時に形成する、請求項１に記載のＡＩＳ信号受信システム。
3. 衛星バスシステムをさらに備え、
   前記各ＡＩＳアンテナを介して受信した受信信号を、前記衛星バスシステムを介して地上に伝送し、
   地上側システムで、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、前記形成したアンテナビームに応じて、前記受信した各ＡＩＳ信号を観測する、請求項１又は２に記載のＡＩＳ信号受信システム。
4. 観測海域及び人工衛星の軌道条件に応じて、前記ＡＩＳ信号を受信する前記ＡＩＳアンテナの数を制御する、請求項３に記載のＡＩＳ信号受信システム。
5. 前記観測したＡＩＳ信号からデータを復調したときの検出性能と、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成する処理に要する負荷との関係から算出される信号処理負荷量当たりの検出性能指標を収納するデータベースを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＡＩＳ信号受信システム。
6. 前記船舶から送信されるＡＩＳ信号を、第２の人工衛星に搭載したＡＩＳアンテナを介して受信して地上に伝送し、
   前記地上側システムで、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、前記形成したアンテナビームに応じて、前記伝送された各ＡＩＳ信号を観測する、請求項３〜５のいずれか一項に記載のＡＩＳ信号受信システム。
7. 前記船舶から送信されるＡＩＳ信号を、地上に設置されたＡＩＳアンテナを介して受信して前記地上側システムに伝送し、
   前記地上側システムで、ＤＢＦによりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、前記形成したアンテナビームに応じて、前記伝送された各ＡＩＳ信号を観測する、請求項３〜６のいずれか一項に記載のＡＩＳ信号受信システム。
8. 前記複数のＡＩＳアンテナの偏波特性が異なり、
   前記デジタル信号処理部により、偏波ダイバーシティを使って前記受信した各ＡＩＳ信号を観測する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＡＩＳ信号受信システム。
9. 複数点給電により円偏波特性となる構造のアンテナを、前記複数点給電をするための各給電部からそれぞれ独立してＡＩＳ信号を取り出し、前記偏波特性が異なる複数のＡＩＳアンテナとして用いる、請求項８に記載のＡＩＳ信号受信システム。
10. 前記ＡＩＳアンテナは当該人工衛星構体自体を使って構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のＡＩＳ信号受信システム。
11. 複数の船舶から送信される自動船舶識別システム（ＡＩＳ）信号を、第１の人工衛星に搭載した複数のＡＩＳアンテナを介してそれぞれ独立して受信し、
    デジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）によりデジタル上で所望のアンテナビームを形成し、
    前記形成したアンテナビームに応じて、前記受信した各ＡＩＳ信号を観測する
    ＡＩＳ信号の受信方法。

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