JP2806659B2

JP2806659B2 - 指向追尾装置

Info

Publication number: JP2806659B2
Application number: JP26929291A
Authority: JP
Inventors: 好徳有本; 光夫野原; 恵三稲垣; 雅行藤瀬
Original assignee: 株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所
Priority date: 1991-10-17
Filing date: 1991-10-17
Publication date: 1998-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JPH05108159A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周回衛星から静止衛星
を指向追尾する衛星間通信システムのための指向追尾装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】将来の宇宙における人類の活動を支える
基盤技術として衛星間通信システムの研究が進められて
いる。例えば、周回軌道に打ち上げられた地球観測衛星
によって取得された地球全体に関する大量のデータを効
率よく地上の管制局に伝送するためのデータ中継システ
ムにおいて、光又はマイクロ波による衛星間通信の技術
が用いられようとしている。

【０００３】例えば衛星間光通信においては、非常に鋭
いビームを有するレーザ光を相手局の衛星に正確に指向
させる必要がある。特に、周回衛星に搭載される光通信
機においては、対向する衛星の方向が互いの軌道配置に
よって大きく変化するため、高い精度と広い指向範囲を
もった指向追尾制御装置が必要になる。このような広い
指向範囲を実現するため、地上の望遠鏡の駆動軸に関す
る研究成果などに基づいて、多くの方式が、例えばダブ
リュー・エル・キャーシー（Ｗ．Ｌ．Ｃａｓｅｙ）ほか
による文献「代表的な指向光学系と関連するジンバル特
性（Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｐｏｉｎｔｅｄ
ｏｐｔｉｃｓａｎｄａｓｓｏｃｉａｔｅｄｇｉｍ
ｂａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）」ＳＰＩ
Ｅ，Ｖｏｌ．８８７，アクィジションとトラッキングと
ポインティング（Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，Ｔｒａｃｋ
ｉｎｇａｎｄＰｏｉｎｔｉｎｇ）ＩＩ，１９８８年
（以下、第１の文献という。）に紹介されている。この
第１の文献においては、半球以上にわたる指向追尾を実
現するための２軸ジンバル方式が議論されており、その
中で、２軸ジンバルを用いる限り、アジマス軸に平行な
方向でいわゆるジンバルロックが必ず発生し、この方向
から少なくとも５度以上離れないと正常な指向追尾制御
を行なうことができないことが述べられている。

【０００４】また、高速に運動している周回衛星を追尾
する望遠鏡システムとして、ベイカー・ナン（Ｂａｋｅ
ｒ−Ｎｕｎｎ）・カメラが、ケー・ジー・ヘナイズ
（Ｋ．Ｇ．Ｈｅｎｉｚｅ）による文献「ベイカー・ナン
衛星トラッキングカメラ（ＴｈｅＢａｋｅｒ−Ｎｕｎｎ
ｓａｔｅｌｌｉｔｅｔｒａｃｋｉｎｇｃａｍｅｒ
ａ）」スカイ・アンド・テレスコープ（Ｓｋｙａｎｄ
Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ），Ｖｏｌ．１６，ｐｐ．１０８
−１１１（以下、第２の文献という。）に提案されてい
る。このベイカー・ナン・カメラは従来の２軸ジンバル
に第３の駆動軸を設けて、高速に運動している周回衛星
を追尾している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】いま、代表的な２軸Ａ
ｚ・Ｅｌマウント型ジンバル（以下、２軸ジンバルとい
う。）を、代表的な低高度周回軌道の１つである太陽同
期極軌道上を運動するランドサット衛星（以下、ＬＥＯ
衛星という。）に設け、図２に示すように、ＬＥＯ衛星
から静止衛星（以下、ＧＥＯ衛星という。）を追尾した
場合について説明する。図２において、各衛星のＹ軸を
速度ベクトルの反対方向にとり、Ｚ軸を軌道面に対する
法線方向にとり、さらに、Ｘ軸をＹ軸とＺ軸に対してと
もに垂直な方向にとる。なお、ＧＥＯ衛星のＺ軸は、天
球上の北極の方向に一致し、また、各衛星の軌道が円で
ある場合には、各衛星のＸ軸は地球の中心に向かう方向
（以下、地球方向という。）に一致する。ここで、２軸
ジンバルは互いに直交するアジマス軸（方位角軸）とエ
レベーション軸（仰角軸）とを有し、当該エレベーショ
ン軸に対して垂直な方向に放射方向を有する光アンテナ
を上記エレベーション軸に連動して回転可能に設け、ア
ジマス軸とエレベーション軸をステッピングモータを用
いて回転駆動させることにより指向追尾を行なう。ま
た、当該２軸ジンバルはそのアジマス軸が図２に示した
ＬＥＯ衛星のＺ軸に平行となるように設けられる。

【０００６】図３は、ＬＥＯ衛星からＧＥＯ衛星を見た
ときの経過時間に対するアジマスを示すグラフであり、
図４は、ＬＥＯ衛星からＧＥＯ衛星を見たときの経過時
間に対するエレベーション（仰角）を示すグラフであ
る。図３及び図４のシミュレーション結果から明らかな
ように、ＬＥＯ衛星に設けられる指向追尾装置において
は、アジマスを±１８０度の範囲で変化させかつエレベ
ーションを±９０度の範囲で変化させる指向追尾機能を
設ける必要があることがわかる。また、図３から明らか
なように、ＧＥＯ衛星に対する方向がアジマス軸に概ね
平行となるとき、すなわち図４に示すようにエレベーシ
ョンが±９０度付近であるとき、当該平行となる前後で
アジマス軸を反転させるようなアジマスの急激な変化
（図３における中央部及び右端部）が生じるとともに、
反転はしないがＧＥＯ衛星がアジマス軸の方向に近付く
に従ってアジマスが急激に変化する場合（図３における
左端部）が生じる。実際の指向追尾装置においては、各
軸の駆動速度は有限であり、また、従来の技術ではアジ
マスを反転させることができないので、このような急激
な変化が生じると追尾を継続することができなくなる。
このような現象が、上記のジンバルロックである。

【０００７】また、第２の文献で提案されたベイカー・
ナン・カメラは、周回衛星に対して地上の望遠鏡を効率
的に駆動することを目的とするもので、衛星間通信で必
要とされる広い指向追尾範囲を実現するものではなく、
衛星間通信で用いるための具体的な駆動方法は開示され
ていない。

【０００８】本発明の第１の目的は以上の課題を解決
し、少なくとも半球以上の広い指向方向にわたって上記
ジンバルロックを回避することができ周回衛星から静止
衛星を安定に指向追尾することができる指向追尾装置を
提供することにある。本発明の第２の目的は以上の課題
を解決し、すべての指向方向にわたって上記ジンバルロ
ックを回避することができ周回衛星から静止衛星を安定
に指向追尾することができる指向追尾装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の指向追尾装置は、周回衛星から静止衛星を指向追尾
する衛星間通信システムのために上記周回衛星に設けら
れ、互いに直交するアジマス軸とエレベーション軸とを
有するジンバルを備えた指向追尾装置において、上記周
回衛星を原点としかつ当該原点から地球方向への軸を基
準軸とした座標系において、上記静止衛星の軌道半径に
対する上記周回衛星の軌道半径の比の値の逆正接の角度
だけ、上記周回衛星の軌道面の法線方向から地球方向に
傾斜された方向に、上記アジマス軸が平行となるよう
に、上記ジンバルを設けたことを特徴とする。

【００１０】また、本発明に係る請求項２記載の指向追
尾装置は、周回衛星から静止衛星を指向追尾する衛星間
通信システムのために上記周回衛星に設けられ、互いに
直交するアジマス軸とエレベーション軸とを有するジン
バルを備えた指向追尾装置において、上記ジンバルはさ
らに上記アジマス軸に対して垂直な第３軸を備え、上記
指向追尾装置はさらに、上記周回衛星を原点としかつ当
該原点から地球方向への軸を基準軸とした座標系におい
て、上記静止衛星の軌道半径に対する上記周回衛星の軌
道半径の比の値の逆正接の角度だけ、上記周回衛星の軌
道面の法線方向から地球方向に傾斜された方向に、上記
アジマス軸が平行となるように、上記第３軸を回転させ
る制御手段を備えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１記載の指向追尾装置においては、上記
周回衛星を原点としかつ当該原点から地球方向への軸を
基準軸とした座標系において、上記静止衛星の軌道半径
に対する上記周回衛星の軌道半径の比の値の逆正接の角
度だけ、上記周回衛星の軌道面の法線方向から地球方向
に傾斜された方向に、上記アジマス軸が平行となるよう
に、上記ジンバルを設けている。これによって、例えば
上記アジマス軸がアジマス±１８０°にわたって回転駆
動される場合に、上記静止衛星が存在しない方向とジン
バルロックが発生する仰角＋９０度の方向（図１におけ
る上方向）とを一致させることができる。このとき、図
５を参照して詳細後述するように、上記静止衛星が存在
しない所定の方向の領域（後述するＮＰ領域に対応す
る。）の中心に向かう方向を中心とする、少なくとも半
球の指向方向にわたってジンバルロックを回避すること
ができる。すなわち、駆動軸を少し傾斜させることによ
って新たな装置及び機構を追加することなしに少なくと
も半球にわたってジンバルロックを回避することができ
る。

【００１２】また、請求項２記載の指向追尾装置におい
ては、上記ジンバルはさらに上記アジマス軸に対して垂
直な第３軸を備え、上記制御手段は、上記周回衛星を原
点としかつ当該原点から地球方向への軸を基準軸とした
座標系において、上記静止衛星の軌道半径に対する上記
周回衛星の軌道半径の比の値の逆正接の角度だけ、上記
周回衛星の軌道面の法線方向から地球方向に傾斜された
方向に、上記アジマス軸が平行となるように、上記第３
軸を回転させる。これによって、上記周回衛星の軌道面
に対して上下両方の半球についても、上記周回衛星の軌
道面の法線方向から地球方向に上記角度だけ傾斜された
方向を方向領域の中心としかつ上記静止衛星が上記静止
衛星が存在しない２つの方向領域に近付くときに、当該
方向領域（後述するＮＰ領域に対応する。）の中心にア
ジマス軸を向けることができる。従って、すべての指向
方向にわたってジンバルロックを回避することができ
る。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例に
ついて説明する。

【００１４】＜第１の実施例＞図１は、本発明に係る第
１の実施例である２軸ジンバル１００を備えた指向追尾
装置の斜視図及びブロック図である。

【００１５】この第１の実施例の指向追尾装置は、互い
に直交したアジマス軸１とエレベーション軸２とを有す
る２軸ジンバル１００を備え、ＬＥＯ衛星からＧＥＯ衛
星を見たときにＧＥＯ衛星に対する方向を極座標（ｃｏ
ｓ（Ｅｌ），Ａｚ）で図５に図示した、ＧＥＯ衛星が存
在しないヌル・ポインティング領域（ＮｕｌｌＰｏｉ
ｎｔｉｎｇＲｅｇｉｏｎ）（以下、ＮＰ領域とい
う。）ＮＰＲの中心ＮＰＲＣに対する方向が上記アジマ
ス軸と平行となるように上記２軸ジンバルをＬＥＯ衛星
に設けたことを特徴としている。ここで、Ｅｌはエレベ
ーションであり、Ａｚはアジマスである。

【００１６】図５に、ＬＥＯ衛星からＧＥＯ衛星を見た
ときの単位方向ベクトルの軌道面に対する射影方向を示
す。図５は、アジマスＡｚとエレベーションＥｌを極座
標（ｃｏｓ（Ｅｌ），Ａｚ）で表示した図であり、ここ
で、１分毎のＧＥＯ衛星の方向を記号□で示している。
図５において、極座標（１（＝ｃｏｓ０°），０°）の
点Ｅａが地球方向であり、当該極座標の中心からこの地
球方向の点Ｅａに向かう軸を基準軸として上記中心から
反時計回りの偏角がアジマスに相当し、上記中心からの
動径がエレベーションＥｌの余弦値に相当する。さら
に、図５における右側の空白領域ＮＳＡは、ＧＥＯ衛星
が地球の陰に入ってＬＥＯ衛星から見えなくなることを
示している。

【００１７】図５から明らかなように、図５の極座標の
中心（０，０）から図上右側方向の上記基準軸上に中心
ＮＰＲＣを有する円形の空白領域が存在する。この空白
領域は、上述のようにＧＥＯ衛星が存在しないＮＰ領域
ＮＰＲであり、ＬＥＯ衛星から見たＧＥＯ衛星の方向の
変化は、当該ＮＰ領域ＮＰＲの中心ＮＰＲＣを中心とし
た渦巻き状の運動をなす。このＮＰ領域ＮＰＲの中心Ｎ
ＰＲＣの極座標（ｓｉｎ（Ｅ₀），Ａ₀）とその半径ｒ₀
を、ＬＥＯ衛星とＧＥＯ衛星の幾何学的配置を示す図６
を参照して以下に求める。なお、当該計算においても、
「発明が解決しようとする課題」の項で述べた、図２に
おける座標軸の定義を用いる。

【００１８】当該計算を簡単化するために、２つの衛星
の軌道はともに円であるとし、図６における各パラメー
タ及び各位置の点を次のように定義する。（ａ）点Ａ：ＬＥＯ衛星の周回軌道における最北端の位
置である。（ｂ）点Ｂ：ＬＥＯ衛星の周回軌道における最南端の位
置である。（ｃ）ａ_u：ＬＥＯ衛星の軌道半径である。（ｄ）ａ_e：ＧＥＯ衛星の軌道半径である。（ｅ）θ：ＬＥＯ衛星において軌道面と赤道面がなす角
度である軌道面傾斜角ｉの９０°からの偏差の絶対値│
９０°−ｉ│である。（ｆ）点Ｐ：点ＡとＧＥＯ衛星の位置Ｓとを結ぶ直線
と、地球の中心ＯからＬＥＯ衛星の軌道面に対して垂直
に引いた垂線との交点である。（ｇ）点Ｑ：直線ＢＳと直線ＯＰとの交点である。（ｈ）点Ｓ’：直線ＢＰと直線ＡＱとの交点である。（ｉ）点Ｏ’：直線ＯＰと直線ＳＳ’との交点である。（ｊ）点Ｒ：直線ＯＰに平行な直線を点Ａから引いたと
きの、直線ＳＳ’との交点である。

【００１９】従って、直線ＲＯ’と直線ＡＯは互いに平
行であってそれらの長さはａ_uに等しくなる。ここで、
上記ＮＰ領域ＮＰＲの中心ＮＰＲＣの軌道面法線に対す
る傾斜角Ｅ₀は∠Ｏ’ＡＲとなり、図６における三角形
ＯＡＯ’の関係から、上記Ｅ₀は次の「数１」で表され
る。

【数１】Ｅ₀＝ｔａｎ^-1（ａ_u／ａ_e）

【００２０】また、ＬＥＯ衛星の座標軸の定義から、上
記Ａ₀は次の「数２」で表される。

【数２】Ａ₀＝０

【００２１】さらに、ＮＰ領域ＮＰＲは、点Ａから、点
Ｏ’を中心とする半径Ｏ’Ｓの円の内側を見た方向に相
当し、その半径ｒ₀は次の「数３」で表される。

【数３】ｒ₀≒θ

【００２２】上記「数３」から明らかなように、厳密な
極軌道（ｉ＝９０°であり、従って、θ＝０°）を除け
ば、ＮＰ領域ＮＰＲの半径ｒ₀は一定の大きさθを有
し、ＮＰ領域ＮＰＲは必ず存在することがわかる。ま
た、その中心ＮＰＲＣは、点Ｏを中心とする半径ａ_uの
円運動を行なうＬＥＯ衛星の軌道運動に伴うＧＥＯ衛星
に向かう方向の見かけの方向の変化である視差によって
ＬＥＯ衛星の軌道面の法線ＯＰから角度Ｅ₀だけ地球方
向に傾斜しており、その傾斜角Ｅ₀は上記「数１」で示
すように、静止軌道の半径ａ_eと周回軌道の半径ａ_uの比
で決定される。

【００２３】また、図５における記号□の間隔から、Ｇ
ＥＯ衛星に向かう方向の渦巻き状の変化は、ＮＰ領域Ｎ
ＰＲを中心とするＬＥＯ衛星の公転速度に同期した角速
度が一定の円運動と、ＧＥＯ衛星の公転運動の周期に同
期した半径の増減変化の合成になっていることがわか
る。

【００２４】図１を参照して、以下本実施例の２軸ジン
バル１００を備えた指向追尾装置について、ＧＥＯ衛星
とＬＥＯ衛星間で光通信を行なうことを仮定して説明す
る。

【００２５】図１に示すように、２軸ジンバル１００
は、互いに直交するアジマス軸１とエレベーション軸２
とを有し、当該アジマス軸が上記ＮＰ領域ＮＰＲの中心
ＮＰＲＣに向かう方向と平行となるように、すなわちＬ
ＥＯ衛星の軌道面の法線方向から上記計算された所定の
角度Ｅ₀だけ地球方向に傾斜された方向と平行となるよ
うに、当該２軸ジンバル１００がＬＥＯ衛星に設けられ
る。ここで、アジマス軸１をアジマス±１８０°にわた
って回転駆動するためにエレベーション軸２を支持する
Ｕ形状の支持部材２３の下部にステッピングモータ２１
が設けられ、また、エレベーション軸２を±９０°のエ
レベーションＥｌにわたって回転駆動するために支持部
材２３の両先端部２３ａ，２３ｂのうちの一方２３ｂの
外側にステッピングモータ２１が設けられる。さらに、
ＬＥＯ衛星からの放射方向１００がエレベーション軸２
と直交するようにエレベーション軸２と連動して回転可
能にカセグレン型光アンテナ１０が支持部材２３の各先
端部２３ａ，２３ｂ間に設けられる。

【００２６】光アンテナ１０は、光通信機３０と接続さ
れた放射器（図示せず。）と主反射鏡１１と副反射鏡１
２とを備え、光通信機３０から出力される光信号は当該
放射器から放射された後、副反射鏡１２及び主反射鏡１
１で反射された後、エレベーション軸２と垂直な方向の
放射方向１００でＧＥＯ衛星に向けて放射される。ま
た、ＧＥＯ衛星からＬＥＯ衛星に向けて放射される光信
号は主反射鏡１１及び副反射鏡１２で反射された後、放
射器を介して光通信機３０に入力される。

【００２７】光通信機３０は、ＧＥＯ衛星に搭載される
光通信機との光通信を行なうための送受信機（図示せ
ず。）と、ＧＥＯ衛星からの光信号に基づいてＬＥＯ衛
星からＧＥＯ衛星を見たときの方向を検出する方向検出
器３１を備える。方向検出器３１は、当該光アンテナ１
０で受信されたＧＥＯ衛星からの光信号に基づいて、現
在ＧＥＯ衛星に向いている光アンテナ１０の放射方向１
００と、ＬＥＯ衛星からＧＥＯ衛星を見たときの実際の
方向との間の誤差情報を含む追尾誤差信号を発生してコ
ントローラ３２に出力する。コントローラ３２は、入力
される追尾誤差信号に基づいて、光アンテナ１０の放射
方向１００がＧＥＯ衛星の方向となるような、アジマス
軸１の駆動角度及び角速度と、エレベーション軸２の駆
動角度及び角速度とを計算した後、計算された前者に基
づいて駆動信号を発生してステッピングモータ２１に出
力して回転駆動するとともに、計算された後者に基づい
て駆動信号を発生してステッピングモータ２２に出力し
て回転駆動する。これによって、光アンテナ１０の放射
方向１００がＧＥＯ衛星の方向からずれた場合であって
も、ＧＥＯ衛星の方向を指向追尾することができる。

【００２８】以上説明したように、本実施例において
は、２軸ジンバル１００のアジマス軸１をＬＥＯ衛星の
軌道面の法線方向から上記計算された所定の角度Ｅ₀だ
け地球方向に傾斜された方向と平行となるように設けた
ので、アジマス軸１が上記ＮＰ領域ＮＰＲの中心ＮＰＲ
Ｃに向かう方向と平行となる。従って、アジマス軸１が
アジマス±１８０°にわたって回転駆動される場合に、
ＧＥＯ衛星が存在しない方向とジンバルロックが発生す
る仰角＋９０度の方向（図１における上方向）とを一致
させることができる。このとき、図５を参照して詳述し
たように、ＧＥＯ衛星が存在しないＮＰ領域ＮＰＲの中
心ＮＰＲＣに向かう方向を中心とする、少なくとも半球
の指向方向にわたってジンバルロックを回避することが
できる。すなわち、駆動軸を少し傾斜させることによっ
て新たな装置及び機構を追加することなしに少なくとも
半球にわたってジンバルロックを回避することができ
る。

【００２９】さらに、このような２つの衛星の軌道運動
を考慮した軸配置をとることにより、各軸の駆動速度が
一様になり、サーボ系の装置構成が簡単になる。すなわ
ち、アジマス軸１は周回軌道の軌道周期に同期したほぼ
一様な回転運動となり、エレベーション軸２は静止軌道
の軌道周期（１日）に同期した反復運動となる。従っ
て、アジマス軸１については片方向の回転のみに限定
し、エレベーション軸２については小さな駆動速度のみ
に限定して指向追尾の制御を行なうように装置構成を行
なうことができる。

【００３０】＜第２の実施例＞図７は、本発明に係る第
２の実施例である指向追尾装置のための３軸ジンバル２
００の斜視図である。

【００３１】この第２の実施例の指向追尾装置は、第１
の実施例と同様にＬＥＯ衛星に設けられる装置であっ
て、図７に示すように、互いに直交するアジマス軸１ａ
とエレベーション軸２ａを備えるとともに、アジマス軸
１ａに対して垂直な軸方向を有する第３軸３をエレベー
ション軸２ａの下部に設け、ＧＥＯ衛星がＬＥＯ衛星の
軌道面の上側に位置するＮＰ領域ＮＰＲに近付くときに
アジマス軸１ａが上記所定の角度＋Ｅ₀だけ地球方向に
傾斜し、一方、ＧＥＯ衛星がＬＥＯ衛星の軌道面の下側
に位置するＮＰ領域ＮＰＲに近付くときにアジマス軸１
ａを上記所定の角度−Ｅ₀だけ地球方向に傾斜するよう
に第３軸３を回転駆動することを特徴としている。な
お、図７においては、各軸１ａ，２ａ，３を回転駆動す
るためのステッピングモータ２１ａ，２２ａ，２４に駆
動信号を出力するコントローラ及び光通信機について
は、第１の実施例と同様に構成されるので、その図示及
びその説明を省略する。また、本実施例において、上下
の位置関係は、図７において図上上側を向いているＬＥ
Ｏ衛星の軌道面の法線ベクトルを基準にして当該法線ベ
クトルの方向を上側の方向とし、その反対方向を下側の
方向とする。ここで、当該ＬＥＯ衛星の軌道面法線ベク
トルは、右ねじの法則に従ってＬＥＯ衛星の公転運動に
対応して設定される。

【００３２】ところで、上述の第１の実施例において
は、すべての方向にわたってジンバルロックを回避する
ことができない。なぜならば、図５は、ＧＥＯ衛星に向
かう方向のＬＥＯ衛星の軌道面への射影成分の変化を示
しており、図５における１点はＬＥＯ衛星の軌道面の上
側と下側の２つの方向を示しており、この２つの方向は
軌道面に関して互い鏡像の関係にある。従って、第１の
実施例のように固定した１つの軸配置では、鏡像関係に
ある軌道面に対する上下２つのＮＰ領域ＮＰＲの中心Ｎ
ＰＲＣに向かう方向にアジマス軸を一致させることはで
きない。そこで、第２の実施例においては、図７に示す
ように、第３軸３を設け、この第３軸３を静止軌道の軌
道周期に同期して最大±Ｅ₀の角度だけ傾斜させる。な
お、図７において、＋Ｅ₀で示された１点鎖線の方向が
ＬＥＯ衛星の軌道面に対して上側のＮＰ領域ＮＰＲの中
心ＮＰＲＣに向かう方向であり、−Ｅ₀で示された１点
鎖線の方向がＬＥＯ衛星の軌道面に対して下側のＮＰ領
域ＮＰＲの中心ＮＰＲＣに向かう方向である。

【００３３】図７に示すように、当該３軸ジンバル２０
０は、アジマス軸１ａと、エレベーション軸２ａと、第
３軸３とを備え、エレベーション軸２ａは回転可能に設
けられるアジマス軸１ａと直交しかつアジマス軸１ａか
らオフセットされて回転可能に設けられ、また、第３軸
３はＬＥＯ衛星の軌道面内にあり、アジマス軸１ａ及び
地球方向と直交しかつアジマス軸１ａから地球方向にオ
フセットされてエレベーション軸２ａよりも下部に設け
られる。なお、第３軸３によってアジマス軸１ａを傾斜
させないときは、アジマス軸１ａがＬＥＯ衛星の軌道面
の法線方向に一致するように、３軸ジンバル２００がＬ
ＥＯ衛星に設けられる。さらに、アジマス軸１ａとエレ
ベーション軸２ａと第３軸３はそれぞれ、各軸に設けら
れたステッピングモータ２１ａ，２２ａ，２４によって
回転駆動される。

【００３４】以上のように構成された第２の実施例の指
向追尾装置において、ＧＥＯ衛星がＬＥＯ衛星の軌道面
の上側に位置するＮＰ領域ＮＰＲに近付くときにアジマ
ス軸１ａが上記所定の角度＋Ｅ₀だけ地球方向に傾斜
し、一方、ＧＥＯ衛星がＬＥＯ衛星の軌道面の下側に位
置するＮＰ領域ＮＰＲに近付くときにアジマス軸１ａを
上記所定の角度−Ｅ₀だけ地球方向に傾斜するように第
３軸３を回転駆動する。これによって、ＬＥＯ衛星の軌
道面に対して上下両方の半球についてもＧＥＯ衛星がＮ
Ｐ領域ＮＰＲに近付くときにＮＰ領域ＮＰＲの中心ＮＰ
ＲＣにアジマス軸１ａを向けることができる。従って、
すべての指向方向にわたってジンバルロックを回避する
ことができる。

【００３５】以上の第２の実施例において、エレベーシ
ョン軸２ａをアジマス軸１ａに対してオフセットして設
けているが、これはアジマス軸１ａの下方向を追尾する
ときの駆動軸のブロッキングを回避するためであり、本
発明はこれに限定されない。また、第３軸３をアジマス
軸１ａに対してオフセットして設けているが、これも本
質的でなく、本発明はこれに限定されない。

【００３６】＜他の実施例＞以上の実施例において、Ｌ
ＥＯ衛星からＧＥＯ衛星を指向追尾するためにＬＥＯ衛
星に設けられる指向追尾装置について述べているが、本
発明はこれに限らず、静止衛星を指向追尾するために周
回衛星に設けられる指向追尾装置に広く適用することが
できる。

【００３７】以上の実施例においては、衛星間光通信へ
の適用について述べているが、本発明はこれに限らず、
マイクロ波を用いた衛星間通信にそのまま適用すること
ができる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
１記載の指向追尾装置によれば、周回衛星から静止衛星
を指向追尾する衛星間通信システムのために上記周回衛
星に設けられ、互いに直交するアジマス軸とエレベーシ
ョン軸とを有するジンバルを備えた指向追尾装置におい
て、上記周回衛星を原点としかつ当該原点から地球方向
への軸を基準軸とした座標系において、上記静止衛星の
軌道半径に対する上記周回衛星の軌道半径の比の値の逆
正接の角度だけ、上記周回衛星の軌道面の法線方向から
地球方向に傾斜された方向に、上記アジマス軸が平行と
なるように、上記ジンバルを設けている。従って、少な
くとも半球の指向方向にわたってジンバルロックを回避
することができる。すなわち、駆動軸を少し傾斜させる
ことによって新たな装置及び機構を追加することなしに
少なくとも半球にわたってジンバルロックを回避するこ
とができるという利点がある。

【００３９】また、請求項２記載の指向追尾装置におい
ては、上記ジンバルはさらに上記アジマス軸に対して垂
直な第３軸を備え、上記指向追尾装置はさらに、上記周
回衛星を原点としかつ当該原点から地球方向への軸を基
準軸とした座標系において、上記静止衛星の軌道半径に
対する上記周回衛星の軌道半径の比の値の逆正接の角度
だけ、上記周回衛星の軌道面の法線方向から地球方向に
傾斜された方向に、上記アジマス軸が平行となるよう
に、上記第３軸を回転させる制御手段を備えている。従
って、上記周回衛星の軌道面に対して上下両方の半球に
ついても、上記周回衛星の軌道面の法線方向から地球方
向に上記角度だけ傾斜された方向を方向領域の中心とし
かつ上記静止衛星が上記静止衛星が存在しない２つの方
向領域に近付くときに、当該方向領域の中心にアジマス
軸を向けることができ、これによって、すべての指向方
向にわたってジンバルロックを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例である２軸ジンバ
ルを備えた指向追尾装置の斜視図及びブロック図であ
る。

【図２】ＬＥＯ衛星とＧＥＯ衛星の各軌道配置と各座
標軸を示す斜視図である。

【図３】ＬＥＯ衛星からＧＥＯ衛星を見たときの経過
時間に対するアジマスを示すグラフである。

【図４】ＬＥＯ衛星からＧＥＯ衛星を見たときの経過
時間に対するエレベーションを示すグラフである。

【図５】ＬＥＯ衛星からＧＥＯ衛星を見たときの単位
方向ベクトルの軌道面に対する射影方向を極座標で示す
図である。

【図６】ＬＥＯ衛星とＧＥＯ衛星の幾何学的配置を示
す斜視図である。

【図７】本発明に係る第２の実施例である指向追尾装
置のための３軸ジンバルの斜視図である。

【符号の説明】

１，１ａ…アジマス軸、２，２ａ…エレベーション軸、３…第３軸、１０…光アンテナ、２１，２２，２１ａ，２２ａ，２４…ステッピングモー
タ、３０…光通信機、３１…方向検出器、３２…コントローラ、１００…放射方向、ＮＰＲ…ＮＰ領域、ＮＰＲＣ…ＮＰ領域の中心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者稲垣恵三京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所内 (72)発明者藤瀬雅行京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所内 (56)参考文献特開平２−242114（ＪＰ，Ａ) 特開平３−100483（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】周回衛星から静止衛星を指向追尾する衛
星間通信システムのために上記周回衛星に設けられ、互
いに直交するアジマス軸とエレベーション軸とを有する
ジンバルを備えた指向追尾装置において、上記周回衛星を原点としかつ当該原点から地球方向への
軸を基準軸とした座標系において、上記静止衛星の軌道
半径に対する上記周回衛星の軌道半径の比の値の逆正接
の角度だけ、上記周回衛星の軌道面の法線方向から地球
方向に傾斜された方向に、上記アジマス軸が平行となる
ように、上記ジンバルを設けたことを特徴とする指向追
尾装置。
【請求項２】周回衛星から静止衛星を指向追尾する衛
星間通信システムのために上記周回衛星に設けられ、互
いに直交するアジマス軸とエレベーション軸とを有する
ジンバルを備えた指向追尾装置において、上記ジンバルはさらに上記アジマス軸に対して垂直な第
３軸を備え、上記指向追尾装置はさらに、上記周回衛星を原点としかつ当該原点から地球方向への
軸を基準軸とした座標系において、上記静止衛星の軌道
半径に対する上記周回衛星の軌道半径の比の値の逆正接
の角度だけ、上記周回衛星の軌道面の法線方向から地球
方向に傾斜された方向に、上記アジマス軸が平行となる
ように、上記第３軸を回転させる制御手段を備えたこと
を特徴とする指向追尾装置。