JP2024033724A - 飛翔体、指向制御システムおよび観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観測対象に照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向を特定平面に対して直角に固定できるようにする。
【解決手段】アジマス方向Ａｚが特定平面の法線方向と一致するように空中線２０１の指向方向を調整し、空中線２０１の前記指向方向へビームを照射し、観測対象に反射したビームを空中線２０１を使って受信する。前記特定平面は、観測対象１０２に対する空中線２０１の相対方向と、観測対象１０２の位置での対象平面の法線方向Ｎと、が形成する平面、または、観測対象１０２に対する空中線２０１の相対方向と、観測対象１０２の位置での対象平面の法線方向Ｎと、が形成する平面を、観測対象１０２の位置での対象平面の法線方向Ｎ回りに回転した平面である。
【選択図】図１

Description

本開示は、観測対象の観測を行うためのビーム指向制御に関するものである。

従来、宇宙機を使った観測が行われている。
非特許文献１は、ビームが観測対象を指向するようにビームを回転制御することを開示している。

Ａ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ－ｍｏｄｅ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒ，Ｐｒｏｃ ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．７１，ｐｐ．９１７－９２５

非特許文献１では、ビーム方向（ベクトル）を観測対象の方向に合わせるが、ビーム方向回りの回転について定義されていない。
そのため、観測対象に照射される電磁波の電場ベクトルの変動方向を意図した方向に制御できず、希望する電場ベクトル入射条件で観測対象を観測することができない。

本開示は、観測対象に照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向を観測対象が位置する平面の法線方向に対して直角に固定できるようにすることを目的とする。

本開示の飛翔体は、
ビームを照射し、地表面に位置する観測対象に反射したビームを受信するための空中線と、
前記空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように前記空中線の指向方向を調整する空中線制御装置と、
前記空中線の前記指向方向へビームを照射するビーム制御装置と、
前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する受信装置と、
を備える。
前記特定平面は、
前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での対象平面の法線方向と、が形成する平面、または、
前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での対象平面の法線方向と、が形成する平面を、前記観測対象の位置での対象平面の法線方向回りに回転した平面である。
前記対象平面は、前記観測対象が位置する平面である。

本開示によれば、観測対象に照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向を観測対象が位置する平面の法線方向に対して直角に固定することが可能となる。

実施の形態１における衛星観測システム１００の構成図。 実施の形態１における観測衛星２００の構成図。 実施の形態１における観測方法の概要図。 実施の形態１における観測方法のフローチャート。 従来の観測方法の概要図。 実施の形態１における第１実施例の概要図。 実施の形態１における第２実施例の概要図。 実施の形態１における第３実施例の概要図。 実施の形態１における第４実施例の概要図。 実施の形態２における観測方法の概要図。 実施の形態３における観測方法の概要図。

実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。図中の矢印は信号、データ又は処理の流れを主に示している。

実施の形態１．
衛星観測システム１００について、図１から図９に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、観測システムとしての衛星観測システム１００の構成を説明する。
衛星観測システム１００は、飛翔体としての観測衛星２００と地上局１１０を有する。衛星観測システム１００は、飛翔体を使って観測を行う観測システムの例である。飛翔体は、人工衛星または航空機などである。
観測衛星２００は、観測対象１０２の観測を行う人工衛星である。観測は、ビームを照射し、地表面に位置する観測対象１０２に反射したビームを受信することによって行われる。人工衛星は宇宙機ともいう。空中線２０１はアンテナともいう。
指向対象１０１は、空中線２０１から指向される地点である。具体的には、観測対象１０２が指向対象１０１になる。
観測対象１０２は、観測されるものである。具体的な観測対象１０２は、地表面に固定されたものである。
地上局１１０は、観測衛星２００と通信する。

観測衛星２００を通る破線矢印は、観測衛星２００が飛翔する軌道を表す。軌道はパスともいう。

観測衛星２００から指向対象１０１への一点鎖線の矢印は、ビーム指向方向Ｂｅａｍを表す。
ビーム指向方向Ｂｅａｍは、空中線２０１から照射されるビームの指向方向である。ビームは電磁波である。

衛星位置Ｐｓａｔは、観測衛星２００の位置である。衛星位置Ｐｓａｔは、空中線２０１の位置に相当する。
観測衛星２００に付された３つの矢印は、ボアサイト方向Ｂｏａ、アジマス方向Ａｚおよびエレベーション方向Ｅｌを示す。
ボアサイト方向Ｂｏａは、空中線２０１のボアサイト方向である。
アジマス方向Ａｚは、空中線２０１の水平偏波励振方向に相当する。
エレベーション方向Ｅｌは、空中線２０１のエレベーション方向であり、ボアサイト方向Ｂｏａとアジマス方向Ａｚと直交する。

対象位置Ｐｇは、観測対象１０２の位置である。
観測対象１０２に付された上向き矢印は、法線方向Ｎを表す。
法線方向Ｎは、観測対象１０２の位置での対象平面の法線方向である。
対象平面は、観測対象１０２の位置を基準とする平面である。具体的には、対象平面は地表面である。
観測対象１０２が建物である場合、法線方向Ｎは建物の階層方向に相当する。

図２に基づいて、観測衛星２００の構成を説明する。
観測衛星２００は、空中線２０１Ｓ、空中線２０１Ｒ、位置センサ２０２および姿勢センサ２０３を備える。
空中線２０１Ｓは、送信用の空中線２０１である。
空中線２０１Ｒは、受信用の空中線２０１である。
位置センサ２０２は、観測衛星２００を測位するためのセンサである。位置センサ２０２の具体例はＧＰＳである。ＧＰＳはＧｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略称である。
姿勢センサ２０３は、観測衛星２００の姿勢を計測するためのセンサである。姿勢センサ２０３の具体例はスタートラッカーである。

観測衛星２００は、通信装置２１１と対象記録装置２１２といった装置（コンピュータ）を備える。
観測衛星２００は、指向制御システム２２０を備える。指向制御システム２２０は、指向制御装置２２１と空中線制御装置２２２とビーム制御装置２２３といった装置を備える。
観測衛星２００は、受信装置２３１と観測結果記録装置２３２といった装置を備える。
装置は、処理回路を備える。
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。
処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、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

地上局１１０は、通信装置１１１を備える。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
観測衛星２００の動作の手順は観測方法に相当する。

図３に基づいて、観測方法の特徴を説明する。
観測対象１０２から空中線２０１への実線矢印は、観測対象１０２に対する空中線２０１の相対方向を表す。
網掛け平面は、ビームの水平偏波の電場ベクトルが存在する平面である。
網掛け平面において観測対象１０２に付された破線矢印は、観測対象１０２に入射するビームの水平偏波の電場ベクトルが変動する方向を表す。
地表面において観測対象１０２に付された点線矢印は、地表面に投影されたエレベーション方向Ｅｌを表す。

観測衛星２００の装置は以下のように動作する。
空中線制御装置２２２は、空中線２０１のアジマス方向Ａｚが特定平面の法線方向と一致するように、且つ、空中線２０１のボアサイト方向Ｂｏａが指向対象１０１を指向するように、空中線２０１の指向方向を調整する。なお、空中線制御装置２２２は、観測衛星２００の進行に合わせて空中線２０１の指向方向を調整する。
特定平面は、観測対象１０２に対する空中線２０１の相対方向と、観測対象１０２の位置での地表面の法線方向Ｎと、が形成する平面である。
ビーム制御装置２２３は、空中線２０１Ｓの指向方向へビームを照射する。但し、空中線２０１Ｓは、観測対象１０２を指向しているため、ビーム制御装置２２３は、電子走査によって、空中線２０１Ｓの指向方向からビーム指向方向を調整する必要はない。
受信装置２３１は、空中線２０１Ｒを使って、観測対象１０２に反射したビームを受信する。

図４に基づいて、観測方法における手順を説明する。
ステップＳ１１０において、観測衛星２００は、１つ以上の対象情報を受け付ける。
対象情報は、対象位置Ｐｇと法線方向Ｎと観測条件を示す。
観測条件は、観測軌道および衛星観測点などを指定する。観測軌道は、観測が実施される軌道である。衛星観測点は、観測が実施される位置である。観測衛星２００は、観測軌道の衛星観測点から観測対象１０２を観測する。

対象情報は以下のように受け付けられる。
運用者は、地上局１１０の管制装置に対象情報を入力する。
通信装置１１１は、管制装置に入力された対象情報を送信する。
通信装置２１１は、対象情報を受信する。
対象記録装置２１２は、メモリなどの記憶装置を備え、受信された対象情報を記録する。
対象記録装置２１２には、対象リストが格納される。対象リストは、１つ以上の対象情報を示す。

ステップＳ１２０において、指向制御装置２２１は、対象情報に基づいて、空中線２０１の指向方向（Ｂｏａ，Ａｚ，Ｅｌ）およびビーム指向方向Ｂｅａｍを算出する。

空中線２０１の指向方向およびビーム指向方向Ｂｅａｍは、以下のような手順で算出される。
位置センサ２０２は、各時刻に観測衛星２００を測位する。姿勢センサ２０３は、各時刻に観測衛星２００の姿勢を計測する。
指向制御装置２２１は、衛星位置Ｐｓａｔに合う観測条件を示す対象情報を対象リストから選択する。
指向制御装置２２１は、衛星位置Ｐｓａｔと対象位置Ｐｇと法線方向Ｎに基づいて、空中線２０１の指向方向とビーム指向方向Ｂｅａｍを算出する。対象位置Ｐｇと法線方向Ｎは、選択された対象情報に示される。

空中線２０１の指向方向（Ｂｏａ，Ａｚ，Ｅｌ）およびビーム指向方向Ｂｅａｍの算出の詳細を後述する。

ステップＳ１３０において、空中線制御装置２２２は、空中線２０１を指向方向に向ける。

空中線２０１は以下のように指向方向に向けられる。
指向制御装置２２１は、空中線指向指令を出力する。空中線指向指令は、空中線２０１の指向方向を指示する。出力された空中線指向指令は空中線制御装置２２２に入力される。
空中線制御装置２２２は、空中線指向指令で指示された指向方向に空中線２０１を向ける。このとき、空中線制御装置２２２は、観測衛星２００の姿勢または空中線２０１の姿勢を調整することによって、空中線２０１を空中線指向指令で指示された指向方向に向ける。但し、空中線制御装置２２２は、観測衛星２００の姿勢と空中線２０１の姿勢を調整することによって、空中線２０１の指向方向に向けてもよい。また、空中線制御装置２２２は、観測衛星２００の姿勢のみを調整することによって、空中線２０１を空中線指向指令で指示された指向方向に向けてもよい。また、空中線制御装置２２２は、空中線２０１の姿勢のみを調整することによって、空中線２０１を空中線指向指令で指示された指向方向に向けてもよい。
観測衛星２００の姿勢は、観測衛星２００に具備された姿勢制御装置を制御することによって調整される。姿勢制御装置の例は、リアクションホイール、コントロールモーメントジャイロ、スラスタである。
また、空中線２０１は、駆動機構を具備しても良い。空中線２０１の姿勢は、空中線２０１に具備された駆動機構を制御することによって調整される。駆動機構の例は、ジンバルである。
空中線制御装置２２２は、観測衛星２００の姿勢と空中線２０１の姿勢のそれぞれを調整するために、フィードバック制御またはフォードフォワード制御を行う。

ステップＳ１４０において、ビーム制御装置２２３は、空中線２０１からビーム指向方向Ｂｅａｍへビームを照射する。

ビームは以下のように照射される。
指向制御装置２２１は、ビーム指向指令を出力する。ビーム指向指令は、ビーム指向方向Ｂｅａｍを指示する。出力されたビーム指向指令はビーム制御装置２２３に入力される。
ビーム制御装置２２３は、空中線２０１Ｓを使って、ビーム指向指令で指示されたビーム指向方向Ｂｅａｍへビームを照射する。

ステップＳ１５０において、観測衛星２００は、観測対象１０２に対する観測結果を得る。
観測結果は、観測対象１０２を観測して得られたデータである。

観測結果は以下のように得られる。
空中線２０１Ｓから照射されたビーム（送信波）は、観測対象１０２に反射する。
観測対象１０２に反射したビーム（反射波）は、空中線２０１Ｒに入射する。
受信装置２３１は、空中線２０１Ｒからビームを受信し、受信したビームを処理する。これにより、観測結果が得られる。
観測結果記録装置２３２は、メモリなどの記憶装置を備え、観測結果を記録する。

ステップＳ１２０における指向方向の算出の詳細を説明する。
指向制御装置２２１は、以下の式を計算する。これにより、空中線２０１の指向方向（Ｂｏａ，Ａｚ，Ｅｌ）およびビーム指向方向Ｂｅａｍが算出される。

各符号の上に付された矢印は、ベクトルを意味する。

ボアサイト方向Ｂｏａは、対象位置Ｐｇに対する衛星位置Ｐｓａｔの相対方向に相当する。ボアサイト方向Ｂｏａは式（１－１）を計算して算出される。
アジマス方向Ａｚは、ボアサイト方向Ｂｏａと法線方向Ｎが形成する平面（特定平面）の法線方向に相当する。観測衛星２００から見て、観測対象１０２が衛星直下点軌跡に対して右側に位置する場合、アジマス方向Ａｚは式（１－２Ｒ）を計算して算出される。観測衛星２００から見て、観測対象１０２が衛星直下点軌跡に対して左側に位置する場合、アジマス方向Ａｚは式（１－２Ｌ）を計算して算出される。衛星直下点軌跡は、観測衛星２００の直下の地点の軌跡である。つまり、衛星直下点軌跡は、地表面に投影された観測衛星２００の軌道に相当する。
エレベーション方向Ｅｌは、ボアサイト方向Ｂｏａとアジマス方向Ａｚの外積に相当する。エレベーション方向Ｅｌは式（１－３）を計算して算出される。
ビーム指向方向Ｂｅａｍは、式（１－４）に示すように、ボアサイト方向Ｂｏａに等しい。

各方向は、ベクトル形式で表されてもよいし、基準方向からの角度を示す角度形式で表されてもよい。

＊＊＊実施の形態１の補足＊＊＊
実施の形態１は、ＳＡＲ（合成開口レーダ）を使った観測において、観測対象１０２に照射するビームの電場ベクトルの変動方向を一定に保つためのビーム指向制御に関するものである。
空中線制御装置２２２は、空中線２０１の回転２自由度を制御することによって、空中線２０１のアジマス方向を特定平面の法線ベクトルと一致させる。回転２自由度は任意の２軸回りの回転である。
特定平面は、観測対象１０２から空中線２０１への相対位置ベクトルと、観測対象１０２の地表面法線ベクトルと、が形成する平面である。
空中線制御装置２２２は、空中線２０１の残った回転１自由度を制御することによって、空中線２０１のボアサイト方向を観測対象１０２へ指向させる。回転１自由度は、空中線２０１のアジマス方向の軸回りの回転である。
これら一連の制御により、ビームは観測対象１０２を指向する。さらに、観測対象１０２に照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向と観測対象１０２の地表面法線ベクトルとのなす角が直角に固定される。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
図５に、従来の宇宙機による観測におけるビーム指向制御を説明する。
宇宙機には、空中線が搭載される。
「交点」は、空中線のボアサイト方向と地表面の交点を意味する。
交点に付された２つの実線矢印は、空中線のエレベーション方向が地表面に投影された方向と、空中線のアジマス方向が地表面に投影された方向と、を表す。
従来、ビームの回転制御により、ビームが観測対象に指向していた。ビームの回転制御は、電子走査または機械駆動によって実現されていた。
しかし、ビーム方向（ベクトル）を観測対象の方向に合わせるが、ビーム方向回りの回転が定義されていない。そして、観測対象に照射される電磁波の電場ベクトルの変動方向を意図した方向に制御することは実施されていない。そのため、希望する電場ベクトル入射条件で観測対象を観測することができない、という課題があった。

実施の形態１により、観測対象に照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向を、観測対象の地表面法線方向に対して直角に固定することが可能となる。

＊＊＊実施例の説明＊＊＊
対象位置Ｐｇは、地上局１１０から観測衛星２００に設定されてもよいし、観測衛星２００において指向対象１０１の条件に基づいて設定されてもよい。
衛星位置Ｐｓａｔは、観測衛星２００において測位されてもよいし、地上局１１０で算出され観測衛星２００に設定されてもよい。例えば、地上局１１０では、複数のレーダのそれぞれから観測衛星２００までの距離が測定され、衛星位置Ｐｓａｔは三角測量によって算出される。
法線方向Ｎは、地上局１１０から観測衛星２００に設定されてもよいし、観測衛星２００において対象位置Ｐｇに基づいて算出されてもよい。

以下に、観測対象１０２について実施例を説明する。

図６に基づいて、第１実施例を説明する。
観測対象１０２は、観測衛星２００の進行方向と合致する方向に地表面に位置する地点軌跡である。観測対象１０２の進行方向は、観測衛星２００の進行方向が地表面に投影された方向に相当する。観測対象１０２は、観測衛星２００の進行に合わせて進行する。
空中線制御装置２２２は、観測対象１０２の進行と観測衛星２００の進行に合わせて空中線２０１の指向方向を調整する。

図７に基づいて、第２実施例を説明する。
観測対象１０２は、観測衛星２００の進行方向と合致しない方向に地表面に位置する地点軌跡である。観測対象１０２は、観測衛星２００の進行とは関係なく観測領域を進行する。
空中線制御装置２２２は、観測対象１０２の進行と観測衛星２００の進行に合わせて空中線２０１の指向方向を調整する。

図８に基づいて、第３実施例を説明する。
観測対象１０２は、観測衛星２００の進行方向と合致する方向に地表面に位置する地点軌跡の経路の代表地点であってもよい。観測期間中のいずれかの時刻における観測対象１０２の位置が代表地点である。
空中線制御装置２２２は、衛星観測点にて代表地点を観測対象１０２としたときの指向方向を算出する。指向方向は観測期間において維持される。
空中線２０１の指向方向と空間座標系の関係は固定される。観測期間において空中線２０１の指向方向と空間座標系の関係が維持されることにより、次のような効果が得られる。観測期間中の全ての時刻において、地表面に対して照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向と電波照射点の地表面法線ベクトルとの成す角が近似的に直角に固定される。電波照射点はビーム指向と地表面の交点である。空間座標系は、軌道座標系でもよいし、慣性座標系でもよい。

図９に基づいて、第４実施例を説明する。
観測対象１０２は、地中の地点である。
電波照射点はビーム方向と地表面の交点である。
対象位置Ｐｇは、観測対象１０２の位置である。
法線方向Ｎは、対象位置Ｐｇの緯度経度における地表面の法線方向である。
対象平面の法線方向は、法線方向Ｎと同じである。

実施の形態２．
空中線２０１の指向方向から逸らしてビームが照射される形態について、主に実施の形態１と異なる点を図１０に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
衛星観測システム１００の構成は、実施の形態１における構成と同じである。
但し、指向対象１０１は観測対象１０２でなくても良い。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１０に基づいて、観測方法の特徴を説明する。
空中線制御装置２２２は、空中線２０１のアジマス方向Ａｚが特定平面の法線方向と一致するように、且つ、空中線２０１のボアサイト方向Ｂｏａが観測対象１０２を指向する方向から逸らし角度θに応じて逸れた方向を指向するように、空中線２０１の指向方向を調整する。
特定平面は、観測対象１０２に対する空中線２０１の相対方向と、観測対象１０２の位置での地表面の法線方向と、が形成する平面である。
ビーム制御装置２２３は、電子走査によって、空中線２０１Ｓの指向方向から逸らし角度θに応じて逸らした方向へビームを照射する。
逸らし角度θは、空中線２０１のエレベーション方向Ｅｌにおける角度である。
空中線２０１は観測対象１０２より遠い指向対象１０１を指向し、ビームは指向対象１０１より近い観測対象１０２を指向する。
または、空中線２０１は観測対象１０２より近い指向対象１０１を指向し、ビームは指向対象１０１より遠い観測対象１０２を指向する。

観測方法における手順は、実施の形態１における手順と同じである（図４を参照）。
但し、ステップＳ１１０で受け付けられる対象情報は、さらに、逸らし角度θを示す。
また、ステップＳ１２０における指向方向の計算式は、以下の通りである。

ｒｏｔａｔｉｏｎ｛Ｘ，Ｙ，Ｚ｝は、単位ベクトルＸを単位ベクトルＹ回りにＺ度右手回転する演算を意味する。

アジマス方向Ａｚは、対象位置Ｐｇに対する衛星位置Ｐｓａｔの相対方向と法線方向Ｎの外積に相当する。観測衛星２００から見て、観測対象１０２が衛星直下点軌跡に対して右側に位置する場合、アジマス方向Ａｚは式（２－１Ｒ）を計算して算出される。観測衛星２００から見て、観測対象１０２が衛星直下点軌跡に対して左側に位置する場合、アジマス方向Ａｚは式（２－１Ｌ）を計算して算出される。
エレベーション方向Ｅｌは、対象位置Ｐｇに対する衛星位置Ｐｓａｔの相対方向をアジマス方向Ａｚの軸回りに逸らし角度θに応じて回転させた方向に相当する。エレベーション方向Ｅｌは式（２－２）を計算して算出される。
ボアサイト方向Ｂｏａは、アジマス方向Ａｚとエレベーション方向Ｅｌの外積に相当する。ボアサイト方向Ｂｏａは式（２－３）を計算して算出される。
ビーム指向方向Ｂｅａｍは、衛星位置Ｐｓａｔに対する対象位置Ｐｇの相対方向に相当する。ビーム指向方向Ｂｅａｍは式（２－４）を計算して算出される。

＊＊＊実施の形態２の補足＊＊＊
空中線制御装置２２２は、空中線２０１の回転２自由度を制御することによって、空中線２０１のアジマス方向を特定平面の法線ベクトルと一致させる。
特定平面は、観測対象１０２から空中線２０１への相対位置ベクトルと、観測対象１０２の地表面法線ベクトルと、が形成する平面である。
空中線制御装置２２２は、空中線２０１の残った回転１自由度を制御することによって、逸らし角度θに応じて空中線２０１のボアサイト方向を観測対象１０２から逸れた指向対象１０１（地表面に投影されたエレベーション方向Ｅｌに逸れた位置）に指向させる。
ビーム制御装置２２３は、電子走査により、ビームを観測対象１０２に指向させる。
これら一連の制御により、ビームは観測対象１０２を指向する。さらに、観測対象１０２に照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向と観測対象１０２の地表面法線ベクトルとのなす角が直角に固定される。
さらに、逸らし角度θを設定することにより、空中線２０１のボアサイト軸回りの回転レートを低減することが可能となる。

逸らし角度θがゼロである場合、実施の形態２は実施の形態１と同等である。

＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
実施の形態２により、プラットフォームの空中線のボアサイト軸回りの回転レートを大きく向上させなくても、観測対象に照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向を、観測対象の地表面法線方向に対して直角に固定することが可能となる。

＊＊＊実施例の説明＊＊＊
逸らし角度θは、地上局１１０から観測衛星２００に設定されてもよいし、観測衛星２００において設定されてもよい。

逸らし角度θは、アジマス方向Ａｚの軸回りの角度で設定される。
逸らし角度θにより、指向地点は観測対象からエレベーション方向Ｅｌに逸れることになる。
これは、通常、電子走査による調整範囲がエレベーション方向Ｅｌ方向で大きいことを考慮した実施例である。

実施の形態１の実施例は、実施の形態２に適用してもよい。

実施の形態３．
空中線２０１の指向方向から逸らしてビームが照射される形態について、主に実施の形態１と異なる点を図１１に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
衛星観測システム１００の構成は、実施の形態１における構成と同じである。
但し、指向対象１０１は観測対象１０２でなくても良い。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１１に基づいて、観測方法の特徴を説明する。
観測衛星２００に付された二点鎖線は、観測対象１０２の法線方向Ｎと観測対象１０２に対する空中線２０１の相対方向の外積の方向を表す。
地表面において指向対象１０１に付された点線矢印は、地表面に投影されたエレベーション方向Ｅｌおよびアジマス方向Ａｚを表す。

空中線制御装置２２２は、空中線２０１のアジマス方向Ａｚが特定平面の法線方向と一致するように、且つ、空中線２０１のボアサイト方向Ｂｏａが観測対象１０２を指向する方向から逸らし角度θに応じて逸れた方向を指向するように、空中線２０１の指向方向を調整する。
特定平面は、観測対象１０２に対する空中線２０１の相対方向と、観測対象１０２の位置での地表面の法線方向と、が形成する平面を、観測対象１０２の位置での地表面の法線方向回りに面回転角度φに応じて回転した平面である。
ビーム制御装置２２３は、電子走査によって、観測対象１０２の方向へビームを照射する。

観測方法における手順は、実施の形態１における手順と同じである（図４を参照）。
但し、ステップＳ１１０で受け付けられる対象情報は、さらに、面回転角度φと逸らし角度θを示す。
また、ステップＳ１２０における指向方向の計算式は、以下の通りである。

ｒｏｔａｔｉｏｎ｛Ｘ，Ｙ，Ｚ｝は、単位ベクトルＸを単位ベクトルＹ回りにＺ度右手回転する演算を意味する。

アジマス方向Ａｚは、対象位置Ｐｇに対する衛星位置Ｐｓａｔの相対方向と法線方向Ｎの外積を、法線方向Ｎの軸回りに面回転角度φに応じて回転させた方向に相当する。観測衛星２００から見て、観測対象１０２が衛星直下点軌跡に対して右側に位置する場合、アジマス方向Ａｚは式（３－１Ｒ）を計算して算出される。観測衛星２００から見て、観測対象１０２が衛星直下点軌跡に対して左側に位置する場合、アジマス方向Ａｚは式（３－１Ｌ）を計算して算出される。
ボアサイト方向Ｂｏａは、衛星位置Ｐｓａｔに対する対象位置Ｐｇの相対方向を、法線方向Ｎの軸回りに面回転角度φに応じて回転させた方向を、アジマス方向Ａｚの軸回りに逸らし角度θに応じて回転させた方向に相当する。ボアサイト方向Ｂｏａは式（３－２）および式（３－３）を計算して算出される。
エレベーション方向Ｅｌは、ボアサイト方向Ｂｏａとアジマス方向Ａｚの外積に相当する。エレベーション方向Ｅｌは式（３－４）を計算して算出される。
ビーム指向方向Ｂｅａｍは、衛星位置Ｐｓａｔに対する対象位置Ｐｇの相対方向に相当する。ビーム指向方向Ｂｅａｍは式（３－５）を計算して算出される。

＊＊＊実施の形態３の補足＊＊＊
空中線制御装置２２２は、空中線２０１の回転２自由度を制御することによって、空中線２０１のアジマス方向を特定平面の法線ベクトルと一致させる。
特定平面は、観測対象１０２から空中線２０１への相対位置ベクトルと、観測対象１０２の地表面法線ベクトルと、が形成する平面を、観測対象１０２の位置での地表面の法線方向回りに面回転角度φに応じて回転した平面である。
空中線制御装置２２２は、空中線２０１の残った回転１自由度を制御することによって、空中線２０１のボアサイト方向を、逸らし角度θに応じた方向に指向させる。
ビーム制御装置２２３は、電子走査により、ビームを観測対象１０２に指向させる。
これら一連の制御により、ビームは観測対象１０２を指向する。さらに、観測対象１０２に照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向と観測対象１０２の地表面法線ベクトルとのなす角が直角に固定される。
さらに、逸らし角度θを設定することにより、空中線２０１のボアサイト軸回りの回転レートを低減することが可能となる。

面回転角度φがゼロであり、且つ、逸らし角度θがゼロである場合、実施の形態３は実施の形態１と同等である。
面回転角度φがゼロである場合、実施の形態３は実施の形態２と同等である。

＊＊＊実施の形態３の効果＊＊＊
実施の形態３により、プラットフォームの空中線のボアサイト軸回りの回転レートを大きく向上させなくても、観測対象に照射される水平偏波の電場ベクトルの変動方向を、観測対象の地表面法線方向に対して直角に固定することが可能となる。

＊＊＊実施例の説明＊＊＊
面回転角度φと逸らし角度θは、地上局１１０から観測衛星２００に設定されてもよいし、観測衛星２００において設定されてもよい。

面回転角度φは、観測対象の地表面の法線方向回りの角度として設定される。面回転角度φにより、指向地点は観測対象からアジマス方向Ａｚに逸れることになる。
逸らし角度θは、アジマス方向Ａｚ軸回りの角度で設定する。逸らし角度θのより、指向地点は観測対象からエレベーション方向Ｅｌに逸れることになる。

実施の形態１の実施例は、実施の形態３に適用してもよい。

＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
各実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本開示の技術的範囲を制限することを意図するものではない。各実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。

「装置」は、「部」、「処理」、「回路」または「サーキットリ」と読み替えてもよい。

以下に、本開示の諸態様を付記として記載する。
（付記１）
ビームを照射し、地表面に位置する観測対象に反射したビームを受信するための空中線と、
前記空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように前記空中線の指向方向を調整する空中線制御装置と、
前記空中線の前記指向方向へビームを照射するビーム制御装置と、
前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する受信装置と、
を備える飛翔体であり、
前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での対象平面の法線方向と、が形成する平面であり、
前記対象平面は、前記観測対象が位置する平面である
飛翔体。

（付記２）
前記空中線制御装置は、前記空中線の前記アジマス方向が前記特定平面の前記法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が前記観測対象を指向するように、前記空中線の前記指向方向を調整する
付記１に記載の飛翔体。

（付記３）
前記対象平面は、前記地表面であり、
前記観測対象は、前記地表面に固定されたものであり、
前記空中線制御装置は、前記飛翔体の進行に合わせて前記空中線の前記指向方向を調整する
付記１または付記２に記載の飛翔体。

（付記４）
前記対象平面は、前記地表面であり、
前記観測対象は、前記飛翔体の進行方向と合致する方向に前記地表面を進行するものであり、
前記空中線制御装置は、前記観測対象の進行と前記飛翔体の進行に合わせて前記空中線の前記指向方向を調整する
付記１または付記２に記載の飛翔体。

（付記５）
前記対象平面は、前記地表面であり、
前記観測対象は、前記飛翔体の進行方向と合致しない方向に前記地表面を進行するものであり、
前記空中線制御装置は、前記観測対象の進行と前記飛翔体の進行に合わせて前記空中線の前記指向方向を調整する
付記１または付記２に記載の飛翔体。

（付記６）
前記対象平面は、前記地表面であり、
前記観測対象は、前記飛翔体の進行方向と合致する方向に前記地表面を進行する進行経路の代表地点であり、
前記空中線制御装置は、前記飛翔体の進行に合わせて前記空中線の前記指向方向を調整する
付記１または付記２に記載の飛翔体。

（付記７）
前記観測対象は、地中の地点であり、
前記対象平面の法線方向は、前記観測対象の緯度経度での前記地表面の法線方向と同じである
付記１または付記２に記載の飛翔体。

（付記８）
付記１から付記７のいずれか１項に記載の飛翔体に搭載される指向制御システムであり、
前記空中線制御装置と、
前記ビーム制御装置と、
を備える指向制御システム。

（付記９）
空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように前記空中線の指向方向を調整し、
前記空中線の前記指向方向へビームを照射し、
前記空中線を使って、観測対象に反射したビームを受信する
観測方法であり、
前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での対象平面の法線方向と、が形成する平面であり、
前記対象平面は、前記観測対象が位置する平面である
観測方法。

（付記１０）
ビームを照射し、地表面に位置する観測対象に反射したビームを受信するための空中線と、
前記空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が前記観測対象を指向する方向から逸らし角度に応じて逸れた方向を指向するように、前記空中線の指向方向を調整する空中線制御装置と、
電子走査によって、前記空中線の前記指向方向から前記逸らし角度に応じて逸らした方向へビームを照射するビーム制御装置と、
前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する受信装置と、
を備える飛翔体であり、
前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での前記地表面の法線方向と、が形成する平面であり、
前記逸らし角度は、前記空中線のエレベーション方向における角度である
飛翔体。

（付記１１）
前記空中線は、前記観測対象より遠い指向対象を指向し、
前記ビームは、前記指向対象より近い前記観測対象を指向する
付記１０に記載の飛翔体。

（付記１２）
前記空中線は、前記観測対象より近い指向対象を指向し、
前記ビームは、前記指向対象より遠い前記観測対象を指向する
付記１０に記載の飛翔体。

（付記１３）
付記１０から付記１２のいずれか１つに記載の飛翔体に搭載される指向制御システムであり、
前記空中線制御装置と、
前記ビーム制御装置と、
を備える指向制御システム。

（付記１４）
空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が観測対象を指向する方向から逸らし角度に応じて逸れた方向を指向するように、前記空中線の指向方向を調整し、
電子走査によって、前記空中線の前記指向方向から前記逸らし角度に応じて逸らした方向へビームを照射し、
前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する
観測方法であり、
前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での地表面の法線方向と、が形成する平面である
観測方法。

（付記１５）
ビームを照射し、地表面に位置する観測対象に反射したビームを受信するための空中線と、
前記空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が前記観測対象を指向する方向から逸らし角度に応じて逸れた方向を指向するように、前記空中線の指向方向を調整する空中線制御装置と、
電子走査によって、前記空中線の前記指向方向から前記逸らし角度に応じて逸らした方向へビームを照射するビーム制御装置と、
前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する受信装置と、
を備える飛翔体であり、
前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での前記地表面の法線方向と、が形成する平面を、前記観測対象の位置での前記地表面の法線方向回りに面回転角度に応じて回転した平面であり、
前記面回転角度は、前記地表面の法線方向回りの角度として設定され、
前記逸らし角度は、前記空中線のエレベーション方向における角度である
飛翔体。

（付記１６）
前記空中線は、前記観測対象より遠い指向対象を指向し、
前記ビームは、前記指向対象より近い前記観測対象を指向する
付記１５に記載の飛翔体。

（付記１７）
前記空中線は、前記観測対象より近い指向対象を指向し、
前記ビームは、前記指向対象より遠い前記観測対象を指向する
付記１５に記載の飛翔体。

（付記１８）
付記１５から付記１７のいずれか１つに記載の飛翔体に搭載される指向制御システムであり、
前記空中線制御装置と、
前記ビーム制御装置と、
を備える指向制御システム。

（付記１９）
空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が観測対象を指向する方向から逸らし角度に応じて逸れた方向を指向するように、前記空中線の指向方向を調整し、
電子走査によって、前記空中線の前記指向方向から前記逸らし角度に応じて逸らした方向へビームを照射し、
前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する
観測方法であり、
前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での地表面の法線方向と、が形成する平面を、前記観測対象の位置での前記地表面の法線方向回りに面回転角度に応じて回転した平面であり、
前記面回転角度は、前記地表面の法線方向回りの角度として設定される
観測方法。

１００ 衛星観測システム、１０１ 指向対象、１０２ 観測対象、１１０ 地上局、１１１ 通信装置、２００ 観測衛星、２０１ 空中線、２０２ 位置センサ、２０３ 姿勢センサ、２１１ 通信装置、２１２ 対象記録装置、２２０ 指向制御システム、２２１ 指向制御装置、２２２ 空中線制御装置、２２３ ビーム制御装置、２３１ 受信装置、２３２ 観測結果記録装置、Ａｚ アジマス方向、Ｂｅａｍ ビーム指向方向、Ｂｏａ ボアサイト方向、Ｅｌ エレベーション方向、Ｎ 法線方向、Ｐｇ 対象位置、Ｐｓａｔ 衛星位置、θ 逸らし角度、φ 面回転角度。

Claims (19)

1. ビームを照射し、地表面に位置する観測対象に反射したビームを受信するための空中線と、
   前記空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように前記空中線の指向方向を調整する空中線制御装置と、
   前記空中線の前記指向方向へビームを照射するビーム制御装置と、
   前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する受信装置と、
   を備える飛翔体であり、
   前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での対象平面の法線方向と、が形成する平面であり、
   前記対象平面は、前記観測対象が位置する平面である
   飛翔体。
2. 前記空中線制御装置は、前記空中線の前記アジマス方向が前記特定平面の前記法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が前記観測対象を指向するように、前記空中線の前記指向方向を調整する
   請求項１に記載の飛翔体。
3. 前記対象平面は、前記地表面であり、
   前記観測対象は、前記地表面に固定されたものであり、
   前記空中線制御装置は、前記飛翔体の進行に合わせて前記空中線の前記指向方向を調整する
   請求項１または請求項２に記載の飛翔体。
4. 前記対象平面は、前記地表面であり、
   前記観測対象は、前記飛翔体の進行方向と合致する方向に前記地表面を進行するものであり、
   前記空中線制御装置は、前記観測対象の進行と前記飛翔体の進行に合わせて前記空中線の前記指向方向を調整する
   請求項１または請求項２に記載の飛翔体。
5. 前記対象平面は、前記地表面であり、
   前記観測対象は、前記飛翔体の進行方向と合致しない方向に前記地表面を進行するものであり、
   前記空中線制御装置は、前記観測対象の進行と前記飛翔体の進行に合わせて前記空中線の前記指向方向を調整する
   請求項１または請求項２に記載の飛翔体。
6. 前記対象平面は、前記地表面であり、
   前記観測対象は、前記飛翔体の進行方向と合致する方向に前記地表面を進行する進行経路の代表地点であり、
   前記空中線制御装置は、前記飛翔体の進行に合わせて前記空中線の前記指向方向を調整する
   請求項１または請求項２に記載の飛翔体。
7. 前記観測対象は、地中の地点であり、
   前記対象平面の法線方向は、前記観測対象の緯度経度での前記地表面の法線方向と同じである
   請求項１または請求項２に記載の飛翔体。
8. 請求項１に記載の飛翔体に搭載される指向制御システムであり、
   前記空中線制御装置と、
   前記ビーム制御装置と、
   を備える指向制御システム。
9. 空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように前記空中線の指向方向を調整し、
   前記空中線の前記指向方向へビームを照射し、
   前記空中線を使って、観測対象に反射したビームを受信する
   観測方法であり、
   前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での対象平面の法線方向と、が形成する平面であり、
   前記対象平面は、前記観測対象が位置する平面である
   観測方法。
10. ビームを照射し、地表面に位置する観測対象に反射したビームを受信するための空中線と、
    前記空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が前記観測対象を指向する方向から逸らし角度に応じて逸れた方向を指向するように、前記空中線の指向方向を調整する空中線制御装置と、
    電子走査によって、前記空中線の前記指向方向から前記逸らし角度に応じて逸らした方向へビームを照射するビーム制御装置と、
    前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する受信装置と、
    を備える飛翔体であり、
    前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での前記地表面の法線方向と、が形成する平面であり、
    前記逸らし角度は、前記空中線のエレベーション方向における角度である
    飛翔体。
11. 前記空中線は、前記観測対象より遠い指向対象を指向し、
    前記ビームは、前記指向対象より近い前記観測対象を指向する
    請求項１０に記載の飛翔体。
12. 前記空中線は、前記観測対象より近い指向対象を指向し、
    前記ビームは、前記指向対象より遠い前記観測対象を指向する
    請求項１０に記載の飛翔体。
13. 請求項１０に記載の飛翔体に搭載される指向制御システムであり、
    前記空中線制御装置と、
    前記ビーム制御装置と、
    を備える指向制御システム。
14. 空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が観測対象を指向する方向から逸らし角度に応じて逸れた方向を指向するように、前記空中線の指向方向を調整し、
    電子走査によって、前記空中線の前記指向方向から前記逸らし角度に応じて逸らした方向へビームを照射し、
    前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する
    観測方法であり、
    前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での地表面の法線方向と、が形成する平面である
    観測方法。
15. ビームを照射し、地表面に位置する観測対象に反射したビームを受信するための空中線と、
    前記空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が前記観測対象を指向する方向から逸らし角度に応じて逸れた方向を指向するように、前記空中線の指向方向を調整する空中線制御装置と、
    電子走査によって、前記空中線の前記指向方向から前記逸らし角度に応じて逸らした方向へビームを照射するビーム制御装置と、
    前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する受信装置と、
    を備える飛翔体であり、
    前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での前記地表面の法線方向と、が形成する平面を、前記観測対象の位置での前記地表面の法線方向回りに面回転角度に応じて回転した平面であり、
    前記面回転角度は、前記地表面の法線方向回りの角度として設定され、
    前記逸らし角度は、前記空中線のエレベーション方向における角度である
    飛翔体。
16. 前記空中線は、前記観測対象より遠い指向対象を指向し、
    前記ビームは、前記指向対象より近い前記観測対象を指向する
    請求項１５に記載の飛翔体。
17. 前記空中線は、前記観測対象より近い指向対象を指向し、
    前記ビームは、前記指向対象より遠い前記観測対象を指向する
    請求項１５に記載の飛翔体。
18. 請求項１５に記載の飛翔体に搭載される指向制御システムであり、
    前記空中線制御装置と、
    前記ビーム制御装置と、
    を備える指向制御システム。
19. 空中線のアジマス方向が特定平面の法線方向と一致するように、且つ、前記空中線のボアサイト方向が観測対象を指向する方向から逸らし角度に応じて逸れた方向を指向するように、前記空中線の指向方向を調整し、
    電子走査によって、前記空中線の前記指向方向から前記逸らし角度に応じて逸らした方向へビームを照射し、
    前記空中線を使って、前記観測対象に反射したビームを受信する
    観測方法であり、
    前記特定平面は、前記観測対象に対する前記空中線の相対方向と、前記観測対象の位置での地表面の法線方向と、が形成する平面を、前記観測対象の位置での前記地表面の法線方向回りに面回転角度に応じて回転した平面であり、
    前記面回転角度は、前記地表面の法線方向回りの角度として設定される
    観測方法。

Images