JP2023018714A - Positioning satellite constellation, and ground system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、測位衛星コンステレーション、および、地上システムに関する。 The present disclosure relates to positioning satellite constellations and terrestrial systems.
GPS、Galileo、BeiDou、Glonassといった全球測位衛星システム(GNSS)、および、準天頂測位衛星システムのような地域的衛星測位システム(RNSS)が測位衛星システムとして活躍している。GNSSはGlobal Navigation Satellite Systemの略語である。RNSSはRegional Navigation Satellite Systemの略語である。GPSはGlobal Positioning Systemの略語である。 Global Navigation Satellite Systems (GNSS), such as GPS, Galileo, BeiDou, Glonass, and Regional Navigation Satellite Systems (RNSS), such as the Quasi-Zenith Navigation Satellite System, are active as positioning satellite systems. GNSS is an abbreviation for Global Navigation Satellite System. RNSS is an abbreviation for Regional Navigation Satellite System. GPS is an abbreviation for Global Positioning System.
一方、昨今メガコンステレーションと呼ばれる低軌道周回衛星群による衛星通信網の形成が進められており、低軌道周回衛星群から測位信号を送信する測位衛星システムが待望されている。 On the other hand, the formation of a satellite communication network using a constellation of low-orbit satellites called a mega-constellation is being promoted these days, and a positioning satellite system that transmits positioning signals from the constellation of low-orbit orbit satellites is eagerly awaited.
特許文献1には、準天頂衛星と静止衛星とから送信された測位信号を用いて、高精度に測位する技術が開示されている。
現在稼働しているGNSSおよびRNSSでは、個々の衛星が原子時計といった高精度基準クロックを搭載することにより、衛星同士が同期制御せずに測位信号を送信する手段を採用している。しかしながら高精度基準クロックは高価なため、測位衛星システムが高額になるという課題があった。 In the GNSS and RNSS currently in operation, each satellite is equipped with a high-precision reference clock such as an atomic clock, thereby adopting a means of transmitting positioning signals without synchronous control between the satellites. However, since the high-precision reference clock is expensive, there is a problem that the positioning satellite system becomes expensive.
また、一般に低軌道周回衛星で全球網羅的に測位信号を照射するためには、膨大な機数を必要とする。よって、低軌道周回衛星群により形成された測位衛星システムは高額になるという課題がある。 In addition, in general, a huge number of low-orbit satellites are required to irradiate global positioning signals comprehensively. Therefore, there is a problem that the positioning satellite system formed by the group of satellites in low earth orbit is expensive.
本開示は、少ない測位衛星機数で全球を網羅し、かつ、個々の衛星が安価な時計を搭載して実現できる測位衛星システムを実現することを目的とする。 An object of the present disclosure is to realize a positioning satellite system that can cover the entire globe with a small number of positioning satellites and that each satellite can be equipped with an inexpensive clock.
本開示に係る測位衛星コンステレーションは、
同一軌道面の進行方向前後の衛星と通信する通信装置と、測位信号を送信する測位信号送信装置とを具備する複数の衛星が、
円環状通信網を形成し、
前記円環状通信網を経由して衛星同士の時刻管理信号を授受する。
A positioning satellite constellation according to the present disclosure includes:
A plurality of satellites equipped with a communication device that communicates with satellites before and after the same orbital plane in the direction of travel, and a positioning signal transmission device that transmits a positioning signal,
forming a circular communication network,
Time management signals are exchanged between satellites via the annular communication network.
本開示に係る衛星コンステレーションによれば、少ない測位衛星機数で全球を網羅し、かつ、個々の衛星が安価な時計を搭載して実現できる測位衛星システムを実現することができるという効果がある。 According to the satellite constellation according to the present disclosure, there is an effect that it is possible to realize a positioning satellite system that can cover the entire globe with a small number of positioning satellites and that each satellite can be equipped with an inexpensive clock. .
以下、本開示の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。また、以下の図面では各構成の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向あるいは位置が示されている場合がある。それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、あるいは部品といった構成の配置および向きを限定するものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts. In the description of the embodiments, the description of the same or corresponding parts will be omitted or simplified as appropriate. In addition, in the following drawings, the size relationship of each component may differ from the actual one. In addition, in the description of the embodiments, directions or positions such as "top", "bottom", "left", "right", "front", "back", "front", and "back" are indicated. There is These notations are provided as such for convenience of explanation only and are not intended to limit the arrangement and orientation of structures such as devices, instruments or components.
実施の形態1.
以下の実施の形態に係る衛星コンステレーション20の例について説明する。
An example of a satellite constellation 20 according to the following embodiment will be described.
***構成の説明***
図1は、極域以外で交差する複数の軌道面21を有する衛星コンステレーション20の例である。
図1の衛星コンステレーション20では、同一軌道面において同一高度で複数の衛星30が飛翔している。衛星30は人工衛星ともいう。
図1の衛星コンステレーション20では、複数の軌道面の各軌道面21の軌道傾斜角が約90度ではなく、かつ、複数の軌道面の各軌道面21が互いに異なる面に存在する。図1の衛星コンステレーション20では、任意の2つの軌道面が極域以外の地点で交差する。図1に示すように、軌道傾斜角が90度よりも傾斜している複数の軌道面の交点は軌道傾斜角に応じて極域から離れていく。また、軌道面の組合せによって赤道近傍を含む多様な位置で軌道面が交差する可能性がある。
図1の衛星コンステレーション20の他には、複数の軌道面の各軌道面の軌道傾斜角が約90度であり、複数の軌道面が極域近傍で交差するといった構成の衛星コンステレーションもある。
*** Configuration description ***
FIG. 1 is an example of a satellite constellation 20 having multiple orbital planes 21 that intersect outside the polar regions.
In the satellite constellation 20 of FIG. 1, a plurality of
In the satellite constellation 20 of FIG. 1, the orbital inclination angles of the orbital planes 21 of the plurality of orbital planes are not approximately 90 degrees, and the orbital planes 21 of the plurality of orbital planes are on different planes. In the satellite constellation 20 of FIG. 1, any two orbital planes intersect at points other than the polar regions. As shown in FIG. 1, the intersection of a plurality of orbital planes with an orbital inclination angle of more than 90 degrees moves away from the polar regions according to the orbital inclination angle. In addition, there is a possibility that the orbital planes intersect at various positions including near the equator depending on the combination of the orbital planes.
In addition to the satellite constellation 20 of FIG. 1, there is also a satellite constellation configured such that each of the orbital planes has an orbital inclination of about 90 degrees and the orbital planes intersect near the polar regions. .
図2から図6を用いて衛星コンステレーション20を形成する衛星コンステレーション形成システム600における衛星30と地上設備700の例について説明する。衛星コンステレーション形成システム600は、単に衛星コンステレーション、通信コンステレーション、あるいは、測位衛星コンステレーションと呼ばれることがある。
An example of
図2は、衛星コンステレーション形成システム600の構成例である。
衛星コンステレーション形成システム600は、コンピュータを備える。図2では、1つのコンピュータの構成を示しているが、実際には、衛星コンステレーション20を構成する複数の衛星の各衛星30、および、衛星30と通信する地上設備700の各々にコンピュータが備えられる。そして、複数の衛星の各衛星30、および、衛星30と通信する地上設備700の各々に備えられたコンピュータが連携して、衛星コンステレーション形成システム600の機能を実現する。以下において、衛星コンステレーション形成システム600の機能を実現するコンピュータの構成の一例について説明する。
FIG. 2 is an example configuration of a satellite constellation forming system 600 .
Satellite constellation forming system 600 comprises a computer. Although FIG. 2 shows the configuration of one computer, in reality, each
衛星コンステレーション形成システム600は、衛星30と地上設備700を備える。衛星30は、地上設備700の通信装置950と通信する通信装置32を備える。図2では、衛星30が備える構成のうち通信装置32を図示している。
Satellite constellation forming system 600 comprises
衛星コンステレーション形成システム600は、プロセッサ910を備えるとともに、メモリ921、補助記憶装置922、入力インタフェース930、出力インタフェース940、および通信装置950といった他のハードウェアを備える。プロセッサ910は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
Satellite constellation forming system 600 comprises processor 910 and other hardware such as
衛星コンステレーション形成システム600は、機能要素として、衛星コンステレーション形成部11を備える。衛星コンステレーション形成部11の機能は、ハードウェアあるいはソフトウェアにより実現される。
衛星コンステレーション形成部11は、衛星30と通信しながら衛星コンステレーション20の形成を制御する。
The satellite constellation forming system 600 includes a satellite
The satellite
図3は、衛星コンステレーション形成システム600の衛星30の構成の一例である。
衛星30は、衛星制御装置31と通信装置32と推進装置33と姿勢制御装置34と電源装置35とを備える。その他、各種の機能を実現する構成要素を備えていてもよいが、図6では、衛星制御装置31と通信装置32と推進装置33と姿勢制御装置34と電源装置35について説明する。
FIG. 3 is an example configuration of
The
衛星制御装置31は、推進装置33と姿勢制御装置34とを制御するコンピュータであり、処理回路を備える。具体的には、衛星制御装置31は、地上設備700から送信される各種コマンドにしたがって、推進装置33と姿勢制御装置34とを制御する。
通信装置32は、地上設備700と通信する装置である。あるいは、通信装置32は、同一軌道面の前後の衛星30、あるいは、隣接する軌道面の衛星30と通信する装置である。具体的には、通信装置32は、自衛星に関する各種データを地上設備700あるいは他の衛星30へ送信する。また、通信装置32は、地上設備700から送信される各種コマンドを受信する。
推進装置33は、衛星30に推進力を与える装置であり、衛星30の速度を変化させる。
姿勢制御装置34は、衛星30の姿勢と衛星30の角速度と視線方向(Line Of
Sight)といった姿勢要素を制御するための装置である。姿勢制御装置34は、各姿勢要素を所望の方向に変化させる。もしくは、姿勢制御装置34は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置34は、姿勢センサとアクチュエータとコントローラとを備える。姿勢センサは、ジャイロスコープ、地球センサ、太陽センサ、スター・トラッカ、スラスタおよび磁気センサといった装置である。アクチュエータは、姿勢制御スラスタ、モーメンタムホイール、リアクションホイールおよびコントロール・モーメント・ジャイロといった装置である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備700からの各種コマンドにしたがって、アクチュエータを制御する。
電源装置35は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置といった機器を備え、衛星30に搭載される各機器に電力を供給する。
The
The
The
The
Sight) is a device for controlling attitude elements. The
The
衛星制御装置31に備わる処理回路について説明する。
処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
処理回路において、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。
専用のハードウェアは、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGAまたはこれらの組み合わせである。
ASICは、Application Specific Integrated Circuitの略称である。FPGAは、Field Programmable Gate Arrayの略称である。
A processing circuit provided in the
The processing circuitry may be dedicated hardware or a processor executing a program stored in memory.
In the processing circuit, some functions may be implemented in dedicated hardware and the remaining functions may be implemented in software or firmware. That is, processing circuitry can be implemented in hardware, software, firmware, or a combination thereof.
Dedicated hardware is specifically a single circuit, multiple circuits, programmed processors, parallel programmed processors, ASICs, FPGAs, or combinations thereof.
ASIC is an abbreviation for Application Specific Integrated Circuit. FPGA is an abbreviation for Field Programmable Gate Array.
図4は、衛星コンステレーション形成システム600の衛星30の構成の別例である。
図4は、衛星30が測位衛星301の場合の構成例を示す。
測位衛星301は、衛星測位用の人工衛星である。具体的には、測位衛星301は、衛星測位用の信号である測位信号を発信する人工衛星である。
図4の衛星30では、図3の構成に加え、測位信号送信装置36を備える。
測位信号送信装置36は、測位信号を送信する装置である。
FIG. 4 is another example configuration of
FIG. 4 shows a configuration example in which the
The positioning satellite 301 is an artificial satellite for satellite positioning. Specifically, positioning satellite 301 is an artificial satellite that transmits a positioning signal that is a signal for satellite positioning.
The
The
図5は、衛星コンステレーション形成システム600が備える地上設備700の構成例である。
地上設備700は、全ての軌道面の多数衛星をプログラム制御する。地上設備700は、地上装置あるいは地上システムともいう。地上装置は、地上アンテナ装置、地上アンテナ装置に接続された通信装置、あるいは電子計算機といった地上局と、地上局にネットワークで接続されたサーバあるいは端末としての地上設備から構成される。また、地上装置には航空機、自走車両、あるいは移動端末といった移動体に搭載された通信装置を含んでも良い。
FIG. 5 is a configuration example of a ground facility 700 included in the satellite constellation forming system 600. As shown in FIG.
Ground facility 700 programs multiple satellites in all orbital planes. Ground facility 700 is also referred to as ground equipment or ground system. The ground equipment consists of a ground station such as a ground antenna device, a communication device connected to the ground antenna device, or a computer, and ground equipment as a server or a terminal connected to the ground station via a network. The ground equipment may also include a communication device mounted on a moving object such as an aircraft, a self-propelled vehicle, or a mobile terminal.
本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201は、少ない測位衛星機数で全球を網羅し、かつ、個々の衛星が安価な時計を搭載して実現できる測位衛星システムを実現する。
地上設備700は、衛星コンステレーション20の1つである測位衛星コンステレーション201を運用制御し、測位衛星の高精度軌道決定処理をし、かつ、衛星間で授受する時刻管理信号を校正して精度の維持管理をする地上システムである。
The positioning satellite constellation 201 according to the present embodiment realizes a positioning satellite system that can cover the entire globe with a small number of positioning satellites and that each satellite can be equipped with an inexpensive clock.
The ground facility 700 operates and controls a positioning satellite constellation 201, which is one of the satellite constellations 20, performs high-precision orbit determination processing for the positioning satellites, and calibrates time management signals exchanged between satellites to improve accuracy. It is a ground system that maintains and manages
地上設備700は、各衛星30と通信することによって衛星コンステレーション20を形成する。地上設備700は、プロセッサ910を備えるとともに、メモリ921、補助記憶装置922、入力インタフェース930、出力インタフェース940、および通信装置950といった他のハードウェアを備える。プロセッサ910は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
Ground facility 700 forms satellite constellation 20 by communicating with each
地上設備700は、機能要素として、軌道制御コマンド生成部510と、解析予測部520を備える。軌道制御コマンド生成部510および解析予測部520の機能は、ハードウェアあるいはソフトウェアにより実現される。
The ground facility 700 includes a trajectory control
通信装置950は、衛星コンステレーション20を構成する衛星群の各衛星30を追跡管制する信号を送受信する。また、通信装置950は、軌道制御コマンド55を各衛星30に送信する。
解析予測部520は、衛星30の軌道を解析予測する。
軌道制御コマンド生成部510は、衛星30に送信する軌道制御コマンド55を生成する。
軌道制御コマンド生成部510および解析予測部520は、衛星コンステレーション形成部11の機能を実現する。すなわち、軌道制御コマンド生成部510および解析予測部520は、衛星コンステレーション形成部11の例である。
The
The orbit
The orbit control
図6は、衛星コンステレーション形成システム600の機能構成例を示す図である。
衛星30は、さらに、衛星コンステレーション20を形成する衛星コンステレーション形成部11bを備える。そして、複数の衛星の各衛星30の衛星コンステレーション形成部11bと、地上設備700の各々に備えられた衛星コンステレーション形成部11とが連携して、衛星コンステレーション形成システム600の機能を実現する。なお、衛星30の衛星コンステレーション形成部11bは、衛星制御装置31に備えられていてもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a functional configuration example of a satellite constellation forming system 600. As shown in FIG.
The
***測位衛星コンステレーション201の構成例と効果の説明***
次に、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201の例について説明する。
測位衛星コンステレーション201は、例えば、衛星コンステレーション形成システム600により形成される。
***Explanation of configuration example and effect of positioning satellite constellation 201***
Next, an example of positioning satellite constellation 201 according to this embodiment will be described.
The positioning satellite constellation 201 is formed by a satellite constellation forming system 600, for example.
測位衛星コンステレーション201は、複数の衛星30により構成される。
複数の衛星30には、地上設備700からの制御コマンドにしたがって推進装置33を制御することによって他の衛星30と同期して特定の軌道を周回しながら測位信号を発信する測位衛星301が含まれる。
地上設備700は、各衛星30に制御コマンドを送信することによって、各衛星30に他の衛星30と同期して特定の軌道を周回させる。
A positioning satellite constellation 201 is composed of a plurality of
The plurality of
Ground facility 700 sends control commands to each
<測位衛星コンステレーション201の例1>
図7は、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201の例1を示す図である。
測位衛星コンステレーション201は、複数の衛星30から構成される。
衛星30は、同一軌道面の進行方向前後の衛星と通信する通信装置と、測位信号を送信する測位信号送信装置とを具備する。
複数の衛星30は、円環状通信網702を形成し、円環状通信網702を経由して衛星同士の時刻管理信号41を授受する。
時刻管理信号41は、複数の衛星30の各衛星の時刻を管理するための信号である。
通信装置は衛星間で情報伝送をする装置である。
測位信号送信装置は、GPSあるいは準天頂測位システムなどで知られるように、地上に電波(測位信号)を照射して地上のユーザが測位(位置座標計測)するための測位信号を送信する装置である。
<Example 1 of positioning satellite constellation 201>
FIG. 7 is a diagram showing Example 1 of positioning satellite constellation 201 according to the present embodiment.
A positioning satellite constellation 201 is composed of a plurality of
The
A plurality of
The
A communication device is a device that transmits information between satellites.
A positioning signal transmitter, as known from GPS or a quasi-zenith positioning system, is a device that emits radio waves (positioning signals) to the ground and transmits positioning signals for users on the ground to perform positioning (position coordinate measurement). be.
<測位衛星コンステレーション201の例2>
図8は、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201の例2を示す図である。
測位衛星コンステレーション201は、複数の衛星30から構成される。
衛星30は、同一軌道面の進行方向前後の衛星と通信する通信装置と、隣接軌道の衛星と通信する通信装置と、測位信号を送信する測位信号送信装置とを具備する。
複数の衛星30は、円環状通信網702を形成するとともに、隣接軌道の衛星と通信してメッシュ通信網703を形成し、メッシュ通信網703を経由して衛星同士の時刻管理信号41を授受する。
<Example 2 of positioning satellite constellation 201>
FIG. 8 is a diagram showing Example 2 of positioning satellite constellation 201 according to the present embodiment.
A positioning satellite constellation 201 is composed of a plurality of
The
A plurality of
<測位衛星コンステレーション201の例3>
図9は、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201の例3を示す図である。
例1あるいは例2の測位衛星コンステレーション201は、高精度マスタークロック37を具備する測位衛星301aを含み、衛星間で時刻管理信号41を授受する。
図9では、測位衛星コンステレーション201の例1が測位衛星301aを含む態様を示している。また、図9の衛星30は、図3あるいは図4で説明した構成を有しているが、ここでは説明に必要な構成のみを示している。
測位衛星301aは、通信装置32a、高精度マスタークロック37、および、測位信号送信装置36を備える。
通信装置32aは、同一軌道面の進行方向前後の衛星と通信する通信装置である。
高精度マスタークロック37は、原子時計あるいは光格子時計といった高精度な時計である。
測位信号送信装置36は、測位信号を発信する。
また、時刻管理信号41は、同期制御信号でもよいし、時刻情報信号でもよい。
<Example 3 of positioning satellite constellation 201>
FIG. 9 is a diagram showing Example 3 of the positioning satellite constellation 201 according to this embodiment.
The positioning satellite constellation 201 of Example 1 or Example 2 includes positioning satellites 301a equipped with high-precision master clocks 37, and exchanges time management signals 41 between the satellites.
FIG. 9 shows an aspect in which Example 1 of the positioning satellite constellation 201 includes a positioning satellite 301a. Also, the
The positioning satellite 301a includes a communication device 32a, a high-precision master clock 37, and a positioning signal transmission device .
The communication device 32a is a communication device that communicates with satellites before and after the same orbital plane in the traveling direction.
The high precision master clock 37 is a high precision clock such as an atomic clock or an optical lattice clock.
The
Also, the
図16は、本実施の形態に係る同期制御手法の一例を示す図である。
図17は、本実施の形態に係る同期制御手法の別例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a synchronous control method according to this embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing another example of the synchronization control method according to this embodiment.
図16に示すように、同期制御信号として、例えば原子時計ほど高精度ではない時計の粗調整用の同期信号Aと精調整用の同期信号Bとを同時に送信する方法がある。
また、図17に示すように、タイミング信号に時刻情報を付与する方法なども有効である。
As shown in FIG. 16, there is a method of simultaneously transmitting a synchronization signal A for coarse adjustment and a synchronization signal B for fine adjustment of a clock whose accuracy is not as high as that of an atomic clock, for example, as synchronization control signals.
Also, as shown in FIG. 17, a method of adding time information to the timing signal is effective.
例えば、図17に示すように、測位衛星Aと測位衛星Bが双方向光通信装置を具備する場合について説明する。
測位衛星Aと測位衛星Bのそれぞれの具備する時計により、同期制御信号を発信した時刻と受信した時刻のタイムスタンプ情報が付与される。相対距離Lが一定とした場合に、Aが発信した時刻とBが受信した時刻の時刻差、および、Bを発信した時刻とAが受信した時刻の時刻差、が本来一致する前提とすれば、双方の具備する時計の相対誤差を導出することが可能となる。
なお、通信端末が電波通信装置であっても遅延誤差あるいはドップラ効果等を考慮して、同様の時刻管理ができることは言うまでもない。
For example, as shown in FIG. 17, a case where positioning satellite A and positioning satellite B are provided with two-way optical communication devices will be described.
Clocks of positioning satellite A and positioning satellite B provide time stamp information of the time when the synchronization control signal is transmitted and the time when the synchronization control signal is received. Assuming that the relative distance L is constant, the time difference between the time A sent and the time B received, and the time difference between the time B sent and the time A received, are supposed to match. , it is possible to derive the relative error of the clocks they both have.
Needless to say, even if the communication terminal is a radio wave communication device, the same time management can be performed in consideration of delay error, Doppler effect, or the like.
測位衛星コンステレーション201の例3によれば、個々の衛星30が、高精度クロックを具備していなくても、高精度マスタークロックを具備する測位衛星から送信される時刻管理信号により、高精度の時刻管理が可能になるという効果がある。高精度マスタークロックを具備する測位衛星はマスタークロック衛星ともいう。
例えば、ミッション装置が測位ミッションである場合に、マスタークロック衛星が送信する時刻管理信号を使えば、原子時計を具備しない測位衛星から高精度の測位信号を配信可能になるという効果がある。
According to Example 3 of the positioning satellite constellation 201, even if the
For example, if the mission device is a positioning mission, using the time management signal transmitted by the master clock satellite has the effect of enabling distribution of a highly accurate positioning signal from a positioning satellite that does not have an atomic clock.
以下、測位ミッションについて説明する。
原子時計あるいは光格子時計といった高精度な時計と、測位信号送信装置とをミッション装置として具備する衛星が、自衛星の精密軌道情報を含めて測位信号を配信すれば、GPSあるいは準天頂測位衛星といったGNSSと同様に、測位衛星として機能する。
ただし、マスタークロックとなる高精度な時計は高価なので、全ての衛星がマスタークロックを具備するシステムは高価になるという課題がある。
水晶時計といった衛星が標準的に具備する時計は、原子時計と比較して長期安定性が劣るため、長時間放置して運用すると時刻誤差が生じるという課題がある。
そこで、所望の時刻精度を維持している間に、マスタークロックからの同期信号を参照して、標準的な時計を校正することにより、高精度マスタークロックを具備しなくても正確な時刻を維持して測位衛星として機能可能となる。
The positioning mission will be described below.
If a satellite equipped with a high-precision clock such as an atomic clock or an optical lattice clock and a positioning signal transmission device as a mission device distributes a positioning signal including the precise orbital information of its own satellite, it can be used as a GPS or a quasi-zenith positioning satellite. Like GNSS, it functions as a positioning satellite.
However, since a high-precision clock that serves as a master clock is expensive, there is a problem that a system in which all satellites are equipped with a master clock is expensive.
Clocks such as quartz clocks, which are standard equipment on satellites, are inferior to atomic clocks in long-term stability.
Therefore, while maintaining the desired time accuracy, by referring to the synchronization signal from the master clock and calibrating the standard clock, accurate time can be maintained without having a high-precision master clock. It becomes possible to function as a positioning satellite.
<測位衛星コンステレーション201の例4>
図10は、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201の例4を示す図である。
例1あるいは例2の測位衛星コンステレーション201は、測位信号を受信する測位信号受信機38を具備する測位衛星301bを含む。測位衛星301bは、測位信号受信機38が受信した信号により正確な時刻を算出して自衛星の時計を校正する。そして、測位衛星コンステレーション201は、複数の衛星間で時刻管理信号41を授受する。
図10では、測位衛星コンステレーション201の例1が測位衛星301bを含む態様を示している。また、図10の衛星は、図3あるいは図4で説明した構成を有しているが、ここでは説明に必要な構成を示している。
測位衛星301bは、通信装置32a、通信装置32b、測位信号受信機38、および、測位信号送信装置36を備える。
通信装置32bは、隣接軌道の衛星と通信する通信装置である。
測位信号受信機38は、測位信号を受信し、受信した信号により正確な時刻を算出して自衛星の時計を校正する。
なお、衛星コンステレーション側の測位信号受信機は、例えば、カーナビゲーションといった装置と同様の、所謂GPS受信機である。GPS衛星あるいは準天頂測位衛星などが具備する測位信号送信装置の電波(測位信号)を受信する。GPS受信機は受信した測位信号を使って正確な時刻を導出できるので、この時刻情報をマスタークロックとして代用する。
図10において、測位衛星301cは、GPS衛星あるいは準天頂測位衛星といった測位衛星である。
<Example 4 of positioning satellite constellation 201>
FIG. 10 is a diagram showing Example 4 of positioning satellite constellation 201 according to the present embodiment.
The positioning satellite constellation 201 of Example 1 or Example 2 includes positioning satellites 301b having positioning signal receivers 38 for receiving positioning signals. The positioning satellite 301b calculates the correct time based on the signal received by the positioning signal receiver 38 and calibrates its own satellite clock. The positioning satellite constellation 201 exchanges the
FIG. 10 shows an aspect in which Example 1 of the positioning satellite constellation 201 includes a positioning satellite 301b. Also, the satellite in FIG. 10 has the configuration explained in FIG. 3 or FIG. 4, but the configuration necessary for the explanation is shown here.
The positioning satellite 301 b includes a communication device 32 a , a communication device 32 b , a positioning signal receiver 38 and a
The communication device 32b is a communication device that communicates with satellites in adjacent orbits.
The positioning signal receiver 38 receives the positioning signal, calculates the correct time based on the received signal, and calibrates the clock of its own satellite.
The positioning signal receiver on the satellite constellation side is, for example, a so-called GPS receiver similar to a device such as car navigation. It receives radio waves (positioning signals) from positioning signal transmitters provided in GPS satellites or quasi-zenith positioning satellites. Since the GPS receiver can derive the correct time using the received positioning signals, this time information is used as the master clock.
In FIG. 10, the positioning satellite 301c is a positioning satellite such as a GPS satellite or a quasi-zenith positioning satellite.
低軌道を周回する衛星コンステレーションの測位信号受信機は、静止軌道あるいは準天頂軌道を飛翔する準天頂測位衛星、あるいは、高度約20000kmのMEO軌道を飛翔するGPS衛星の測位信号送信装置からの測位信号を受信する。MEOは、Medium Earth Orbitの略語である。
GPS衛星あるいは準天頂測位衛星といったGNSSの測位信号を受信する測位信号受信機は、測位信号を受信することで、位置だけでなく正確な時刻を算出できる。よって、マスタークロックを具備しない衛星であっても、測位信号受信機を具備していれば、GNSSをマスタークロックとして自衛星の時計を校正および同期制御することができる。
以後、マスタークロックにより校正される標準的な時計をスレーブクロックと呼ぶ。
スレーブクロックの同期制御手法としては、GPS時刻同期と呼ばれる手法が知られている。同期制御手法については、図16および図17で説明した。
The positioning signal receiver of the satellite constellation in low earth orbit is the positioning signal transmitter of the quasi-zenith positioning satellite flying in the geostationary orbit or quasi-zenith orbit, or the positioning signal transmitter of the GPS satellite flying in the MEO orbit at an altitude of about 20000 km. receive a signal. MEO is an abbreviation for Medium Earth Orbit.
A positioning signal receiver that receives a GNSS positioning signal such as a GPS satellite or a quasi-zenith positioning satellite can calculate not only the position but also the accurate time by receiving the positioning signal. Therefore, even a satellite that does not have a master clock can calibrate and synchronize its own satellite's clock with the GNSS as a master clock if it has a positioning signal receiver.
A standard clock calibrated by a master clock is hereinafter referred to as a slave clock.
A method called GPS time synchronization is known as a slave clock synchronization control method. The synchronous control method has been described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG.
<測位衛星コンステレーション201の例5>
図11は、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201の例5を示す図である。
例1から例4の各々の測位衛星コンステレーション201では、複数の衛星30の各衛星が測距装置39を具備し、衛星同士が距離を計測する。
図11では、測位衛星コンステレーション201の例2の各衛星が測距装置39を具備する態様を示している。また、図11の衛星は、図3あるいは図4で説明した構成を有しているが、ここでは説明に必要な構成を示している。
<Example 5 of positioning satellite constellation 201>
FIG. 11 is a diagram showing Example 5 of positioning satellite constellation 201 according to the present embodiment.
In each of the positioning satellite constellations 201 of Examples 1 to 4, each satellite of the plurality of
FIG. 11 shows how each satellite of Example 2 of the positioning satellite constellation 201 is equipped with a ranging device 39 . Also, the satellite in FIG. 11 has the configuration explained in FIG. 3 or FIG. 4, but the configuration necessary for the explanation is shown here.
測位衛星の位置情報を含む軌道情報を高精度化することは、測位ミッションの測位サービス信号の精度向上に役立つ。
軌道周期が管理されて同一軌道面を同期して飛翔するコンステレーションでは、前後の衛星との距離を正確に測距して、地上で軌道情報に対して高精度軌道決定処理をする。これにより、系統誤差を排除して、軌道情報を高精度化できるという効果がある。
Refinement of orbital information, including positioning satellite position information, helps improve the accuracy of positioning service signals for positioning missions.
In a constellation in which the orbital period is managed and the satellites fly synchronously in the same orbital plane, the distances to the preceding and succeeding satellites are accurately measured, and highly accurate orbit determination processing is performed on the orbital information on the ground. This has the effect of eliminating systematic errors and increasing the accuracy of orbit information.
測距装置は、衛星間の測距の手段として、例えばレーザー測距装置を具備する衛星が、前方を飛翔する衛星に具備したレーザーリフレクタの反射レーザーを受信して、ダブルパスの測距をしてもよい。あるいは、時刻同期した衛星間で光通信端末の信号を送受してシングルパスの測距をしてもよい。
また、光通信端末を測距装置として利用することも可能である。
また、隣接軌道間の衛星間測距により、異なる軌道面の衛星飛翔位置を正確に計測できるという効果がある。
Range finder is a means of distance measurement between satellites. For example, a satellite equipped with a laser range finder receives reflected laser from a laser reflector provided on a satellite flying ahead, and performs double-pass ranging. good too. Alternatively, a signal of an optical communication terminal may be transmitted and received between time-synchronized satellites for single-path ranging.
It is also possible to use the optical communication terminal as a distance measuring device.
Further, there is an effect that the flight positions of satellites in different orbital planes can be accurately measured by inter-satellite ranging between adjacent orbits.
<測位衛星コンステレーション201の例6>
例1から例5の各々の測位衛星コンステレーション201は、円環状通信網を形成して同一軌道面を飛翔する衛星同士が、順方向時刻管理と逆方向時刻管理とを実施する。
順方向時刻管理は、衛星進行方向に向かって時刻管理信号を伝達する方式である。
逆方向時刻管理は、進行方向の逆方向に向かって時刻管理信号を伝達する方式である。
<Example 6 of positioning satellite constellation 201>
In each of the positioning satellite constellations 201 of Examples 1 to 5, satellites forming an annular communication network and flying in the same orbital plane perform forward time management and backward time management.
Forward time management is a method of transmitting time management signals in the direction of flight of the satellite.
Reverse direction time management is a method of transmitting a time management signal in the direction opposite to the traveling direction.
衛星は、秒速4kmを超える速度で軌道上を移動しているため、特殊相対性理論により地上の時計に比べて相対的に遅れる事になる。
また高度2万kmの軌道上は地表に比べて重力の影響が弱いため、一般相対性理論により地上の時計に比べて早く進む。
双方の効果を重ね合わせると、GPS衛星に搭載された原子時計は、地上の時計に比べて1日当たり28.6マイクロ秒だけ早く進むことになる。
光は28.6マイクロ秒の間におよそ11km進むため、このズレを1日放っておくだけで、GPSに11kmもの誤差が出ることになる。
Since the satellite moves in orbit at a speed exceeding 4 km/s, it lags behind the clock on the ground relatively according to special relativity theory.
In addition, since the effect of gravity is weaker in orbit at an altitude of 20,000 km than on the earth's surface, the general theory of relativity makes clocks advance faster than clocks on the ground.
Combining the two effects, the atomic clocks onboard GPS satellites advance 28.6 microseconds per day faster than the clocks on the ground.
Light travels about 11 km in 28.6 microseconds, so if you leave this deviation alone for a day, the GPS will have an error of 11 km.
GNSSにおいて、これら相対論の効果を打ち消すべく原子時計の補正が行われている。
測位衛星コンステレーションにより測位ミッションを実現する場合にも同様に相対論の効果を打ち消すため時計の補正が必要となる。マスタークロックを具備しない衛星のスレーブクロックの補正では、同期制御する過程で発生する系統誤差を排除する必要がある。円環状通信網を形成する衛星群において順方向時刻管理と逆方向時刻管理の時刻および軌道上情報を地上において比較評価することにより、系統誤差を排除できるという効果がある。
In GNSS, atomic clock corrections are made to counteract these relativistic effects.
When a positioning mission is realized using a positioning satellite constellation, clock correction is also required to cancel the effect of relativity. Correction of the slave clock of satellites without a master clock requires the elimination of systematic errors that occur during the process of synchronous control. By comparing and evaluating forward time management and backward time management time and orbital information on the ground in a group of satellites forming an annular communication network, systematic errors can be eliminated.
***実施の形態1の効果の説明***
本実施の形態によれば、低軌道周回衛星群が衛星間通信網を構築する場合に、全ての衛星が高精度基準クロックを具備する必要はない。一部の衛星が具備する高精度基準クロックをマスタークロックとして、その他の衛星を同期制御することで、安価な測位衛星システムを構築することができる。
また、高精度マスタークロックを具備しない衛星であっても、測位信号受信機を具備していれば、GNSSをマスタークロックとして自衛星の時計を校正および同期制御することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、測位衛星として必須な高精度時刻制御を低コストで実現することができる。
***Description of the effects of the first embodiment***
According to this embodiment, when a constellation of low earth orbit satellites constructs an inter-satellite communication network, it is not necessary for all satellites to have a high-precision reference clock. A low-cost positioning satellite system can be constructed by synchronously controlling other satellites using a high-precision reference clock provided by some satellites as a master clock.
Moreover, even a satellite that does not have a high-precision master clock can calibrate and synchronize its own satellite's clock with GNSS as a master clock if it has a positioning signal receiver.
As described above, according to the present embodiment, high-precision time control essential for positioning satellites can be achieved at low cost.
ここで、測位衛星コンステレーション201を形成する衛星コンステレーション形成システム600、地上設備700,800、あるいは各衛星30といった各装置のコンピュータが備えるハードウェアについて説明する。
Here, the hardware provided in the computer of each device such as satellite constellation forming system 600 forming positioning satellite constellation 201, ground facilities 700 and 800, and each
プロセッサ910は、各装置の機能を実現するプログラムを実行する装置である。
プロセッサ910は、演算処理を行うIC(Integrated Circuit)である。プロセッサ910の具体例は、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)である。
Processor 910 is a device that executes a program that implements the functions of each device.
The processor 910 is an IC (Integrated Circuit) that performs arithmetic processing. Specific examples of the processor 910 are a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), and a GPU (Graphics Processing Unit).
メモリ921は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ921の具体例は、SRAM(Static Random Access Memory)、あるいはDRAM(Dynamic Random Access Memory)である。
補助記憶装置922は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置922の具体例は、HDDである。また、補助記憶装置922は、SD(登録商標)メモリカード、CF、NANDフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ(登録商標)ディスク、DVDといった可搬の記憶媒体であってもよい。なお、HDDは、Hard Disk Driveの略語である。SD(登録商標)は、Secure Digitalの略語である。CFは、CompactFlash(登録商標)の略語である。DVDは、Digital Versatile Diskの略語である。
The
入力インタフェース930は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース930は、具体的には、USB(Universal Serial Bus)端子である。なお、入力インタフェース930は、LAN(Local Area Network)と接続されるポートであってもよい。
出力インタフェース940は、ディスプレイといった表示機器941のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース940は、具体的には、USB端子またはHDMI(登録商標)(High Definition Multimedia Interface)端子である。ディスプレイは、具体的には、LCD(Liquid Crystal Display)である。
The
The
通信装置950は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置950は、具体的には、通信チップまたはNIC(Network Interface Card)である。
各装置の機能を実現するプログラムは、プロセッサ910に読み込まれ、プロセッサ910によって実行される。メモリ921には、プログラムだけでなく、OS(Operating System)も記憶されている。プロセッサ910は、OSを実行しながら、プログラムを実行する。プログラムおよびOSは、補助記憶装置922に記憶されていてもよい。補助記憶装置922に記憶されているプログラムおよびOSは、メモリ921にロードされ、プロセッサ910によって実行される。なお、各装置の機能を実現するプログラムの一部または全部がOSに組み込まれていてもよい。
A program that implements the function of each device is read into processor 910 and executed by processor 910 . The
各装置は、プロセッサ910を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ910と同じように、プログラムを実行する装置である。 Each device may include multiple processors in place of processor 910 . These multiple processors share program execution. Each processor, like processor 910, is a device that executes a program.
プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ921、補助記憶装置922、または、プロセッサ910内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。
The data, information, signal values and variable values used, processed or output by the programs may be stored in
各装置の各部の「部」を「処理」、「手順」、「手段」、「段階」、「サーキットリ」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また、各装置の各部の「部」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体」に読み替えてもよい。「処理」、「手順」、「手段」、「段階」、「サーキットリ」あるいは「工程」は、互いに読み換えが可能である。 You may read "the part" of each part of each apparatus as a "process", a "procedure", a "means", a "step", a "circuitry", or a "process." In addition, "part" of each part of each device may be read as "program", "program product" or "computer-readable recording medium recording the program". "Process", "procedure", "means", "step", "circuitry" or "process" can be read interchangeably.
実施の形態2.
本実施の形態では、主に、実施の形態1と異なる点および実施の形態1に追加する点について説明する。
本実施の形態において、実施の形態1と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
In the present embodiment, points different from the first embodiment and points added to the first embodiment will be mainly described.
In the present embodiment, the same reference numerals are assigned to components having the same functions as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
本実施の形態では、実施の形態1で説明した測位衛星コンステレーション201において、視野範囲にある測位衛星301の数が不足して衛星測位が行えないという状況を減らす態様について説明する。 In the present embodiment, in the positioning satellite constellation 201 described in the first embodiment, a mode will be described in which the number of positioning satellites 301 within the field of view is insufficient and satellite positioning cannot be performed.
本実施の形態では、実施の形態1で説明した測位衛星コンステレーション201において、複数の測位衛星は、12以上の6の倍数の機数の測位衛星である。
各測位衛星は、傾斜円軌道を1日に複数周回する。
複数の測位衛星に対応する複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされる。複数の軌道面は、それぞれが6つの軌道面から成る2つ以上の軌道面組を構成し、各軌道面組の6つの軌道面で6機の周回衛星が周回するタイミングが同期される。
In the present embodiment, in the positioning satellite constellation 201 described in the first embodiment, the plurality of positioning satellites are 12 or more, which is a multiple of 6.
Each positioning satellite orbits an oblique circular orbit multiple times a day.
A plurality of orbital planes corresponding to a plurality of positioning satellites have their normals shifted by an equal angle in the azimuth direction. The plurality of orbital planes constitutes two or more orbital plane sets of six orbital planes each, and the six orbital planes of each orbital plane set are synchronized in the timing of orbiting by the six orbiting satellites.
以下に、より具体的に説明する。
複数の測位衛星は、機数が12以上の6の倍数である複数の測位衛星301で構成される。
各測位衛星301は、傾斜円軌道を1日に複数周回する。傾斜円軌道は、傾斜軌道でありかつ円軌道である。
More specific description will be given below.
The plurality of positioning satellites is composed of a plurality of positioning satellites 301 whose number is a multiple of 6 which is 12 or more.
Each positioning satellite 301 orbits an oblique circular orbit multiple times a day. An inclined circular orbit is an inclined orbit and a circular orbit.
複数の測位衛星301は複数の軌道面を形成する。
複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされる。アジマス方向は、測位衛星301の進行方向に相当する方向である。
複数の測位衛星が12機の測位衛星301である場合、12機の測位衛星301が12個の軌道面を形成する。12個の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において30度ずつずらされる。
複数の測位衛星が18機の測位衛星301である場合、18機の測位衛星301が18個の軌道面を形成する。18個の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において20度ずつずらされる。
A plurality of positioning satellites 301 form a plurality of orbital planes.
The normals of the plurality of orbital surfaces are shifted by an equal angle in the azimuth direction. The azimuth direction is a direction corresponding to the traveling direction of the positioning satellite 301 .
When the plurality of positioning satellites is 12 positioning satellites 301, the 12 positioning satellites 301
When the plurality of positioning satellites is 18 positioning satellites 301, the 18 positioning satellites 301
複数の測位衛星は、それぞれが6機の測位衛星301から成る2つ以上の測位衛星組を構成する。12機の測位衛星301は2つの測位衛星組を構成し、18機の測位衛星301は3つの測位衛星組を構成する。
複数の軌道面は、それぞれが6つの軌道面から成る2つ以上の軌道面組を構成する。12個の軌道面は2つの軌道面組を構成し、18個の軌道面は3つの軌道面組を構成する。
軌道面組ごとに、6つの軌道面において6機の測位衛星301が周回するタイミングが同期される。
A plurality of positioning satellites constitute two or more positioning satellite sets each consisting of six positioning satellites 301 . The 12 positioning satellites 301 constitute two positioning satellite sets, and the 18 positioning satellites 301 constitute three positioning satellite sets.
The plurality of raceway surfaces constitute two or more raceway surface sets of six raceway surfaces each. The 12 raceway surfaces constitute two raceway surface sets, and the 18 raceway surfaces constitute three raceway surface sets.
Timings at which the six positioning satellites 301 orbit in six orbital planes are synchronized for each orbital plane set.
また、測位衛星301は周回衛星ともいう。 The positioning satellite 301 is also called an orbiting satellite.
本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201では、各軌道面組の1番目の軌道面で周回する周回衛星である1番目の周回衛星が前記1番目の軌道面の最北端を通過するタイミングが、各軌道面組の3番目の軌道面で周回する周回衛星が前記3番目の軌道面の最北端から面内位相が120度ずれた地点を通過するタイミングと、各軌道面組の5番目の軌道面で周回する周回衛星が前記5番目の軌道面の最北端から面内位相が240度ずれた地点を通過するタイミングと、同期される。
また、各軌道面組の4番目の軌道面で周回する周回衛星である4番目の周回衛星が前記4番目の軌道面において各面内位相の地点を通過するタイミングが、各軌道面組の6番目の軌道面で周回する周回衛星が前記6番目の軌道面において前記4番目の周回衛星の面内位相に対応する地点から面内位相が120度ずれた地点を通過するタイミングと、各軌道面組の2番目の軌道面で周回する周回衛星が前記2番目の軌道面において前記4番目の周回衛星の面内位相に対応する地点から面内位相が240度ずれた地点を通過するタイミングと、同期される。
各軌道面組において、前記4番目の周回衛星が、前記1番目の周回衛星が前記1番目の軌道面の最北端を通過してから周回周期の半分の時間が経過するタイミングで、前記4番目の軌道面の最北端を通過する。
In the positioning satellite constellation 201 according to the present embodiment, the timing at which the first orbiting satellite, which is an orbiting satellite that orbits in the first orbital plane of each orbital plane set, passes through the northernmost end of the first orbital plane is , the timing at which the orbiting satellite orbiting in the third orbital plane of each orbital plane pair passes through a point whose in-plane phase is shifted by 120 degrees from the northernmost end of the third orbital plane; It is synchronized with the timing when the orbiting satellite orbiting in the orbital plane passes through a point that is 240 degrees out of phase with the northernmost point of the fifth orbital plane.
In addition, the timing at which the fourth orbiting satellite, which is an orbiting satellite orbiting in the fourth orbital plane of each orbital plane set, passes through each in-plane phase point on the fourth orbital plane is 6 of each orbital plane set. the timing at which the circulating satellite orbiting in the 6th orbital plane passes through a point on the 6th orbital plane whose in-plane phase is shifted by 120 degrees from the point corresponding to the in-plane phase of the 4th orbital plane; and each orbital plane. the timing at which the orbiting satellite orbiting in the second orbital plane of the pair passes through a point in the second orbital plane whose in-plane phase is shifted by 240 degrees from the point corresponding to the in-plane phase of the fourth orbiting satellite; Synchronized.
In each orbital plane pair, the fourth orbital satellite is placed in the fourth orbital plane at a timing half the orbital period after the first orbital satellite passes the northernmost end of the first orbital plane. passes through the northernmost point of the orbital plane of
図12は、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201における複数の測位衛星Aの配置を示す図である。
複数の測位衛星Aは、複数の測位衛星の一例であり、12機の測位衛星301で構成される。
m番が記された丸は、m番の測位衛星301を表している。「m」は1以上12以下の整数である。m番の測位衛星301を周回衛星(m)と称する。周回衛星(m)の軌道面を軌道面(m)と称する。
FIG. 12 is a diagram showing the arrangement of a plurality of positioning satellites A in positioning satellite constellation 201 according to this embodiment.
A plurality of positioning satellites A is an example of a plurality of positioning satellites, and is composed of 12 positioning satellites 301 .
A circle marked with m represents the m-th positioning satellite 301 . “m” is an integer of 1 or more and 12 or less. The m-th positioning satellite 301 is called an orbiting satellite (m). The orbital plane of the orbiting satellite (m) is called the orbital plane (m).
実線の波形は、奇数番の測位衛星301の軌道を表している。破線の波形は、偶数番の測位衛星301の軌道を表している。
縦方向は、緯度を表している。横方向は、経度を表している。
各軌道の上端は軌道の最北端に相当し、各軌道の下端は軌道の最南端に相当する。
各軌道の上端には、各軌道の番号が付されている。
Solid-line waveforms represent the orbits of the odd-numbered positioning satellites 301 . A dashed waveform represents the orbit of the even-numbered positioning satellite 301 .
The vertical direction represents latitude. The horizontal direction represents longitude.
The top of each track corresponds to the northernmost point of the track, and the bottom of each track corresponds to the southernmost point of the track.
Each track number is attached to the top of each track.
以下の説明において、「n」は0および1である。
周回衛星(6n+1)が軌道面(6n+1)の最北端を通過するタイミングをタイミング(1)と称する。
タイミング(1)は、以下のタイミング(3)(5)と同期される。
タイミング(3)は、周回衛星(6n+3)が軌道面(6n+3)の最北端から面内位相がプラス120度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(5)は、周回衛星(6n+5)が軌道面(6n+5)の最北端から面内位相がプラス240度ずれた地点を通過するタイミングである。
In the following description, "n" is 0 and 1.
The timing at which the orbiting satellite (6n+1) passes the northernmost point of the orbital plane (6n+1) is referred to as timing (1).
Timing (1) is synchronized with timings (3) and (5) below.
Timing (3) is the timing at which the orbiting satellite (6n+3) passes through a point whose in-plane phase is shifted by plus 120 degrees from the northernmost end of the orbital plane (6n+3).
Timing (5) is the timing when the orbiting satellite (6n+5) passes through a point whose in-plane phase is shifted by plus 240 degrees from the northernmost end of the orbital plane (6n+5).
周回衛星(6n+4)が軌道面(6n+4)において各面内位相の地点を通過するタイミングをタイミング(4)と称する。
タイミング(4)は、以下のタイミング(6)(2)と同期される。
タイミング(6)は、周回衛星(6n+6)が、軌道面(6n+6)において周回衛星(6n+4)の面内位相に対応する地点から面内位相がプラス120度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(2)は、周回衛星(6n+2)が、軌道面(6n+2)において周回衛星(6n+4)の面内位相に対応する地点から面内位相がプラス240度ずれた地点を通過するタイミングである。
The timing at which the orbital satellite (6n+4) passes through each in-plane phase point in the orbital plane (6n+4) is called timing (4).
Timing (4) is synchronized with timing (6)(2) below.
Timing (6) is the timing when the orbital satellite (6n+6) passes through a point on the orbital plane (6n+6) whose in-plane phase is shifted by +120 degrees from the point corresponding to the in-plane phase of the orbital satellite (6n+4).
Timing (2) is the timing at which the orbital satellite (6n+2) passes through a point on the orbital plane (6n+2) whose in-plane phase is shifted by +240 degrees from the point corresponding to the in-plane phase of the orbital satellite (6n+4).
周回衛星(6n+4)は、周回衛星(6n+1)が軌道面(6n+1)の最北端を通過してからT/2が経過するタイミングで、軌道面(6n+4)の最北端を通過する。
「T」は各測位衛星301の周回周期を意味する。周回周期は、各測位衛星301が傾斜円軌道を1周するために要する時間である。
「T/2」は各測位衛星301の周回周期の半分の時間を意味する。
The orbiting satellite (6n+4) passes the northernmost point of the orbital plane (6n+4) at a timing T/2 after the orbital satellite (6n+1) passes the northernmost point of the orbital plane (6n+1).
“T” means the orbital period of each positioning satellite 301 . The orbit period is the time required for each positioning satellite 301 to make one round of the oblique circular orbit.
“T/2” means a half period of the orbital period of each positioning satellite 301 .
図13は、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201における複数の測位衛星Bの配置を示す図である。
複数の測位衛星Bは、複数の測位衛星の一例であり、12機の測位衛星301で構成される。
FIG. 13 is a diagram showing the arrangement of a plurality of positioning satellites B in positioning satellite constellation 201 according to this embodiment.
A plurality of positioning satellites B is an example of a plurality of positioning satellites, and is composed of 12 positioning satellites 301 .
周回衛星(6n+1)が軌道面(6n+1)の最北端を通過するタイミングをタイミング(1)と称する。
タイミング(1)は、以下のタイミング(3)(5)と同期される。
タイミング(3)は、周回衛星(6n+3)が軌道面(6n+3)の最北端から面内位相がマイナス120度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(5)は、周回衛星(6n+5)が軌道面(6n+5)の最北端から面内位相がマイナス240度ずれた地点を通過するタイミングである。
The timing at which the orbiting satellite (6n+1) passes the northernmost point of the orbital plane (6n+1) is referred to as timing (1).
Timing (1) is synchronized with timings (3) and (5) below.
Timing (3) is the timing when the orbiting satellite (6n+3) passes through a point whose in-plane phase deviates from the northernmost end of the orbital plane (6n+3) by minus 120 degrees.
Timing (5) is the timing when the orbiting satellite (6n+5) passes through a point whose in-plane phase is shifted by -240 degrees from the northernmost end of the orbital plane (6n+5).
周回衛星(6n+4)が軌道面(6n+4)において各面内位相の地点を通過するタイミングをタイミング(4)と称する。
タイミング(4)は、以下のタイミング(6)(2)と同期される。
タイミング(6)は、周回衛星(6n+6)が、軌道面(6n+6)において周回衛星(6n+4)の面内位相に対応する地点から面内位相がマイナス120度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(2)は、周回衛星(6n+2)が、軌道面(6n+2)において周回衛星(6n+4)の面内位相に対応する地点から面内位相がマイナス240度ずれた地点を通過するタイミングである。
The timing at which the orbital satellite (6n+4) passes through each in-plane phase point in the orbital plane (6n+4) is called timing (4).
Timing (4) is synchronized with timing (6)(2) below.
Timing (6) is the timing when the orbital satellite (6n+6) passes through a point whose in-plane phase is shifted by minus 120 degrees from the point corresponding to the in-plane phase of the orbital plane (6n+6) of the orbital plane (6n+4).
Timing (2) is the timing when the orbital satellite (6n+2) passes through a point whose in-plane phase is shifted by -240 degrees from the point corresponding to the in-plane phase of the orbital plane (6n+2) of the orbital plane (6n+4).
周回衛星(6n+4)は、周回衛星(6n+1)が軌道面(6n+1)の最北端を通過してからT/2が経過するタイミングで、軌道面(6n+4)の最北端を通過する。 The orbiting satellite (6n+4) passes the northernmost point of the orbital plane (6n+4) at a timing T/2 after the orbital satellite (6n+1) passes the northernmost point of the orbital plane (6n+1).
図14は、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201における複数の測位衛星Cの配置を示す図である。
複数の測位衛星Cは、複数の測位衛星の一例であり、18機の測位衛星301で構成される。
FIG. 14 is a diagram showing the arrangement of a plurality of positioning satellites C in positioning satellite constellation 201 according to this embodiment.
A plurality of positioning satellites C is an example of a plurality of positioning satellites, and is composed of 18 positioning satellites 301 .
以下の説明において、「n」は0以上2以下の整数である。
周回衛星(6n+1)が軌道面(6n+1)を通過するタイミングをタイミング(1)と称する。
タイミング(1)は、以下のタイミング(3)(5)と同期される。
タイミング(3)は、周回衛星(6n+3)が軌道面(6n+3)の最北端から面内位相がプラス120度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(5)は、周回衛星(6n+5)が軌道面(6n+5)の最北端から面内位相がプラス240度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(1)は、以下のタイミング(4)(6)(2)とも同期される。
タイミング(4)は、周回衛星(6n+4)が軌道面(6n+4)の最南端を通過するタイミングである。
タイミング(6)は、周回衛星(6n+6)が軌道面(6n+6)の最南端から面内位相がプラス120度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(2)は、周回衛星(6n+2)が軌道面(6n+2)の最南端から面内位相がプラス240度ずれた地点を通過するタイミングである。
In the following description, "n" is an integer of 0 or more and 2 or less.
The timing at which the orbiting satellite (6n+1) passes through the orbital plane (6n+1) is called timing (1).
Timing (1) is synchronized with timings (3) and (5) below.
Timing (3) is the timing at which the orbiting satellite (6n+3) passes through a point whose in-plane phase is shifted by plus 120 degrees from the northernmost end of the orbital plane (6n+3).
Timing (5) is the timing when the orbiting satellite (6n+5) passes through a point whose in-plane phase is shifted by plus 240 degrees from the northernmost end of the orbital plane (6n+5).
Timing (1) is also synchronized with timings (4), (6), and (2) below.
Timing (4) is the timing when the orbiting satellite (6n+4) passes through the southernmost point of the orbital plane (6n+4).
Timing (6) is the timing when the orbiting satellite (6n+6) passes through a point whose in-plane phase is shifted by plus 120 degrees from the southernmost end of the orbital plane (6n+6).
Timing (2) is the timing when the orbiting satellite (6n+2) passes through a point whose in-plane phase is shifted by plus 240 degrees from the southernmost end of the orbital plane (6n+2).
図15は、本実施の形態に係る測位衛星コンステレーション201における複数の測位衛星Dの配置を示す図である。
複数の測位衛星Cは、複数の測位衛星の一例であり、18機の測位衛星301で構成される。
FIG. 15 is a diagram showing the arrangement of a plurality of positioning satellites D in positioning satellite constellation 201 according to this embodiment.
A plurality of positioning satellites C is an example of a plurality of positioning satellites, and is composed of 18 positioning satellites 301 .
周回衛星(6n+1)が軌道面(6n+1)を通過するタイミングをタイミング(1)と称する。
タイミング(1)は、以下のタイミング(3)(5)と同期される。
タイミング(3)は、周回衛星(6n+3)が軌道面(6n+3)の最北端から面内位相がマイナス120度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(5)は、周回衛星(6n+5)が軌道面(6n+5)の最北端から面内位相がマイナス240度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(1)は、以下のタイミング(4)(6)(2)とも同期される。
タイミング(4)は、周回衛星(6n+4)が軌道面(6n+4)の最南端を通過するタイミングである。
タイミング(6)は、周回衛星(6n+6)が軌道面(6n+6)の最南端から面内位相がマイナス120度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング(2)は、周回衛星(6n+2)が軌道面(6n+2)の最南端から面内位相がマイナス240度ずれた地点を通過するタイミングである。
The timing at which the orbiting satellite (6n+1) passes through the orbital plane (6n+1) is called timing (1).
Timing (1) is synchronized with timings (3) and (5) below.
Timing (3) is the timing when the orbiting satellite (6n+3) passes through a point whose in-plane phase deviates from the northernmost end of the orbital plane (6n+3) by minus 120 degrees.
Timing (5) is the timing when the orbiting satellite (6n+5) passes through a point whose in-plane phase is shifted by -240 degrees from the northernmost end of the orbital plane (6n+5).
Timing (1) is also synchronized with timings (4), (6), and (2) below.
Timing (4) is the timing when the orbiting satellite (6n+4) passes through the southernmost point of the orbital plane (6n+4).
Timing (6) is the timing when the orbiting satellite (6n+6) passes through a point whose in-plane phase deviates from the southernmost end of the orbital plane (6n+6) by minus 120 degrees.
Timing (2) is the timing when the orbiting satellite (6n+2) passes through a point whose in-plane phase deviates from the southernmost end of the orbital plane (6n+2) by -240 degrees.
地上システムは、各測位衛星301の軌道傾斜角および軌道高度を設定し、複数の測位衛星を制御する。これにより、対象地域(例えば日本)が位置する緯度帯において複数の測位衛星301が交代しながら測位信号を常時照射することができる。そのため、対象地域において視野範囲に入る測位衛星を1機増やすことができる。
地上システムは、各測位衛星301の軌道高度を上昇させることができる。各測位衛星301の軌道高度が上昇すれば、複数の測位衛星301が地上の同一地点に対して測位信号を照射することができる。これにより、測位精度を向上させることができる。
静止衛星群は赤道上空を飛翔するため、地上の測位端末に対する各静止衛星の仰角が制限される。しかし、各測位衛星301は対象地域の上空を高仰角で通過することが可能である。そのため、各測位衛星301から地上の測位端末への測位信号がマルチパスの悪影響を受け難くなる。その結果、測位精度を向上させることができる。
The ground system sets the orbital inclination angle and orbital altitude of each positioning satellite 301 and controls a plurality of positioning satellites. As a result, positioning signals can be constantly emitted while the plurality of positioning satellites 301 take turns in the latitude band where the target area (for example, Japan) is located. Therefore, it is possible to increase the number of positioning satellites within the field of view in the target area by one.
The ground system can increase the orbital altitude of each positioning satellite 301 . If the orbit altitude of each positioning satellite 301 rises, a plurality of positioning satellites 301 can irradiate positioning signals to the same point on the ground. Thereby, the positioning accuracy can be improved.
Since a group of geostationary satellites fly over the equator, the elevation angle of each geostationary satellite with respect to a positioning terminal on the ground is limited. However, each positioning satellite 301 can pass over the target area at a high elevation angle. Therefore, the positioning signal from each positioning satellite 301 to the positioning terminal on the ground is less likely to be adversely affected by multipath. As a result, positioning accuracy can be improved.
以上の実施の形態1から2のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、1つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態1から2では、実施の形態1から2のいずれかの部分の自由な組み合わせ、あるいは任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態1から2において任意の構成要素の省略が可能である。
A plurality of portions of the first and second embodiments described above may be combined for implementation. Alternatively, one portion of these embodiments may be implemented. In addition, these embodiments may be implemented in any combination as a whole or in part.
That is, in
なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示の範囲、本開示の適用物の範囲、および本開示の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。 The above-described embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present disclosure, the scope of application of the present disclosure, and the range of applications of the present disclosure. Various modifications can be made to the above-described embodiments as required.
11,11b 衛星コンステレーション形成部、20 衛星コンステレーション、201 測位衛星コンステレーション、21 軌道面、30 衛星、301,301a,301b,301c 測位衛星、31 衛星制御装置、32,32a,32b 通信装置、33 推進装置、34 姿勢制御装置、35 電源装置、36 測位信号送信装置、37 高精度マスタークロック、38 測位信号受信機、39 測距装置、41 時刻管理信号、55 軌道制御コマンド、510 軌道制御コマンド生成部、520 解析予測部、600 衛星コンステレーション形成システム、700 地上設備、702 円環状通信網、703 メッシュ通信網、910 プロセッサ、921 メモリ、922 補助記憶装置、930 入力インタフェース、940 出力インタフェース、941 表示機器、950 通信装置。
11, 11b satellite constellation forming unit, 20 satellite constellation, 201 positioning satellite constellation, 21 orbital plane, 30 satellite, 301, 301a, 301b, 301c positioning satellite, 31 satellite control device, 32, 32a, 32b communication device, 33 propulsion device, 34 attitude control device, 35 power supply device, 36 positioning signal transmitter, 37 high-precision master clock, 38 positioning signal receiver, 39 ranging device, 41 time management signal, 55 orbit control command, 510 orbit control
Claims (9)
円環状通信網を形成し、
前記円環状通信網を経由して衛星同士の時刻管理信号を授受する
測位衛星コンステレーション。 A plurality of satellites equipped with a communication device that communicates with satellites before and after the same orbital plane in the direction of travel, and a positioning signal transmission device that transmits a positioning signal,
forming a circular communication network,
A positioning satellite constellation for exchanging time management signals between satellites via the annular communication network.
円環状通信網を形成するとともに、隣接軌道の衛星と通信してメッシュ通信網を形成し、
前記メッシュ通信網を経由して衛星同士の時刻管理信号を授受する
測位衛星コンステレーション。 A plurality of satellites equipped with a communication device for communicating with satellites in the same orbital plane before and after the traveling direction, a communication device for communicating with satellites in adjacent orbits, and a positioning signal transmission device for transmitting a positioning signal,
While forming an annular communication network, it communicates with satellites in adjacent orbits to form a mesh communication network,
A positioning satellite constellation for exchanging time management signals between satellites via the mesh communication network.
衛星間で時刻管理信号を授受する
請求項1または請求項2に記載の測位衛星コンステレーション。 including a positioning satellite with a high-precision master clock;
3. The positioning satellite constellation according to claim 1, wherein time management signals are exchanged between satellites.
前記測位信号受信機が受信した信号により正確な時刻を算出して自衛星の時計を校正し、
前記複数の衛星間で時刻管理信号を授受する
請求項1または請求項2に記載の測位衛星コンステレーション。 including a positioning satellite equipped with a positioning signal receiver for receiving a positioning signal;
Calibrate the clock of the own satellite by calculating the correct time from the signal received by the positioning signal receiver,
3. The positioning satellite constellation according to claim 1, wherein a time management signal is exchanged between said plurality of satellites.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の測位衛星コンステレーション。 5. The positioning satellite constellation according to any one of claims 1 to 4, comprising a range finder for measuring distances between satellites.
衛星進行方向に向かって時刻管理信号を伝達する順方向時刻管理と、進行方向の逆方向に向かって時刻管理信号を伝達する逆方向時刻管理を実施する
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の測位衛星コンステレーション。 satellites forming the annular communication network and flying in the same orbital plane,
6. Any one of claims 1 to 5, wherein forward time management in which the time management signal is transmitted in the traveling direction of the satellite and backward time management in which the time management signal is transmitted in the direction opposite to the traveling direction of the satellite are performed. A positioning satellite constellation as described in paragraph 1 above.
前記複数の衛星は、12以上の6の倍数の機数の測位衛星であり、
各測位衛星は、傾斜円軌道を1日に複数周回し、
前記複数の衛星に対応する複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされ、
前記複数の軌道面は、それぞれが6つの軌道面から成る2つ以上の軌道面組を構成し、各軌道面組の6つの軌道面で6機の測位衛星が周回するタイミングが同期される
測位衛星コンステレーション。 A positioning satellite constellation according to any one of claims 1 to 5,
The plurality of satellites are positioning satellites, the number of which is a multiple of 12 or more and 6;
Each positioning satellite makes multiple orbits in an oblique circular orbit a day,
the normals of the plurality of orbital planes corresponding to the plurality of satellites are shifted by an equal angle in the azimuth direction;
The plurality of orbital planes constitute two or more orbital plane sets each consisting of six orbital planes, and six positioning satellites are synchronized in the timing of orbiting the six orbital planes of each orbital plane set. satellite constellation.
各軌道面組の1番目の軌道面で周回する周回衛星である1番目の周回衛星が前記1番目の軌道面の最北端を通過するタイミングが、
各軌道面組の3番目の軌道面で周回する周回衛星が前記3番目の軌道面の最北端から面内位相が120度ずれた地点を通過するタイミングと、
各軌道面組の5番目の軌道面で周回する周回衛星が前記5番目の軌道面の最北端から面内位相が240度ずれた地点を通過するタイミングと、同期され、
各軌道面組の4番目の軌道面で周回する周回衛星である4番目の周回衛星が前記4番目の軌道面において各面内位相の地点を通過するタイミングが、
各軌道面組の6番目の軌道面で周回する周回衛星が前記6番目の軌道面において前記4番目の周回衛星の面内位相に対応する地点から面内位相が120度ずれた地点を通過するタイミングと、
各軌道面組の2番目の軌道面で周回する周回衛星が前記2番目の軌道面において前記4番目の周回衛星の面内位相に対応する地点から面内位相が240度ずれた地点を通過するタイミングと、同期され、
各軌道面組において、前記4番目の周回衛星が、前記1番目の周回衛星が前記1番目の軌道面の最北端を通過してから周回周期の半分の時間が経過するタイミングで、前記4番目の軌道面の最北端を通過する
請求項7に記載の測位衛星コンステレーション。 Using the positioning satellite as an orbiting satellite,
The timing at which the first orbiting satellite, which is an orbiting satellite orbiting in the first orbital plane of each orbital plane pair, passes through the northernmost end of the first orbital plane is
a timing at which an orbiting satellite orbiting in the third orbital plane of each orbital plane set passes through a point whose in-plane phase is shifted by 120 degrees from the northernmost end of the third orbital plane;
Synchronized with the timing when the orbiting satellite orbiting in the fifth orbital plane of each orbital plane set passes through a point whose in-plane phase is shifted by 240 degrees from the northernmost end of the fifth orbital plane,
The timing at which the fourth orbiting satellite, which is an orbiting satellite orbiting on the fourth orbital plane of each orbital plane set, passes through each in-plane phase point on the fourth orbital plane,
An orbiting satellite orbiting on the sixth orbital plane of each orbital plane set passes through a point on the sixth orbital plane whose in-plane phase is shifted by 120 degrees from the point corresponding to the in-plane phase of the fourth orbiting satellite. timing and
The orbiting satellite orbiting in the second orbital plane of each orbital plane pair passes through a point on the second orbital plane whose in-plane phase is shifted by 240 degrees from the point corresponding to the in-plane phase of the fourth orbital satellite. timing and synchronized
In each orbital plane set, the fourth orbital satellite is placed in the fourth orbital plane at a timing half the orbit period after the first orbital satellite passes the northernmost end of the first orbital plane. 8. The positioning satellite constellation of claim 7 passing through the northernmost point of the orbital plane of .
Priority Applications (1)
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