JP3504537B2 - 衛星軌跡が連鎖回帰型となる衛星群を用いた衛星測位通信複合システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、民間による商業
的運営に効果的な、すなわち、費用対効果の優れた衛星
利用の測位通信複合システムに関する。特に、サービス
を受ける利用者の分布密度の高い地域に対して良質な測
位通信複合サービスを提供するように衛星群を配置し、
且つ、利用者への基本的なサービス内容を保持しつつ、
ユーザ規模の拡大に対応して衛星システムを段階的に整
備拡大することにより、初期設備投資及び運用整備を効
率的に行うことを可能とする衛星測位通信複合システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】衛星を利用した測位・通信に関わる科学
技術は、宇宙空間を利用する産業の分野としても最も歴
史が長く、且つ成熟した分野である。

【０００３】まず、衛星による固定局間通信について
は、これまでは静止衛星の利用が一般的である。この理
由は、周回衛星とは異なって、大型アンテナを装備した
固定通信局により大容量のデータ通信が可能となるだけ
でなく、衛星１基で常時通信が可能となるからである。

【０００４】移動体通信に衛星を利用する技術が進展す
るに伴って、最近では低高度を周回する衛星も通信手段
として利用されるようになった。この主な理由は、通常
の利用端末ではアンテナの寸法や消費電力の制約を強く
受ける移動体通信にとって、低高度軌道の衛星の利用に
よる電波伝播距離の短縮は最も好都合なことであるから
である。しかし、低高度周回衛星を用いて連続的に通信
を可能とするには、地球を隈なく覆うような複数の軌道
に多数の衛星を配置しなければならない。例えば、軌道
高度が1000km程度の衛星を用いて全世界で常時通信でき
るようにするには、50機から 100機の衛星を配置しなけ
ればならない。

【０００５】したがって、最近の宇宙開発技術の発展に
伴って、衛星本体及びその打ち上げの経費が従来に較べ
て一段と削減されてきたとは言え、移動体通信サービス
の提供が採算性を伴う民間事業として成立するために
は、更なる衛星調達費及び打ち上げ費の削減が肝要とな
る。更に、多数の衛星をできるうる限り均一に配置した
り、これらの追跡管制を自動的に行うシステム運用の研
究だけでなく、全衛星の配備を待つまでもなく初期整備
段階において、地域的に運用可能となる衛星配置の方法
も重要な課題である。

【０００６】一方、衛星を利用した測位分野では、本
来、測位に対するニーズがグローバル的であることか
ら、米国の開発したＮＮＳＳやＧＰＳのように周回衛星
が用いられがちである。したがって、衛星測位事業と、
周回衛星群を適用した移動体通信事業との統合化が具体
的に検討されるようになり、その有用性が顕在化しつつ
ある。しかし、頻繁にあるいは連続的に測位情報を提供
する衛星測位システムを実現するには、ＧＰＳの例に見
られるように、移動体通信に必要な個数の数倍の衛星を
配置しなければならない。

【０００７】また、測位と移動体通信のサービスを複合
して提供する衛星システム技術の分野では、配置衛星数
を低減する方策として、静止衛星あるいは高傾斜角の地
球同期衛星を利用することが検討されている。この種の
衛星を５，６機配置した衛星群を構成すれば、北半球と
南半球にまたがる広い領域で連続的な地域限定型の測位
通信複合サービスを提供することが可能になり、民間運
営に適合した比較的小規模衛星群による測位通信複合シ
ステムを構築することができる。しかし、上述の如くサ
ービス域は南北にまたがる地域となり、ユーザの世界分
布の傾向を考慮に入れればやや非効率である。また、静
止軌道に配置可能な衛星数にも制約があり、長楕円軌道
を用いた衛星群を如何に構成するかが重要な研究課題と
なる。

【０００８】長楕円軌道を適用した通信衛星の研究開発
は、国土が高緯度にあるロシアにおいて活発に進めら
れ、通信手段として既に実用化されている。また、色々
な軌道を用いて測位あるいは通信のための衛星群を構成
する計画も縷々発表されている。しかし、連続的な通信
が可能な最小規模の衛星群や、衛星群を組み合わせて地
域限定型の、あるいは段階的に衛星群を配備して全地球
域型の測位通信複合システムを構成する衛星群に関する
具体的な提案は、これまでなされていない。例えば、Ｇ
ＰＳの衛星群は全世界に均一の測位サービスを提供する
には衛星配置において優れた性質を持つが、地域限定型
の測位通信複合システムを段階的に構築するには不適当
である。したがって、グローバル性を前提とするＧＰＳ
のような衛星群では初期投資額が膨大となり、民間運営
に適したシステム形態をなしているとは言い難い。ま
た、移動体通信のためのイリジウムやオデッセイのよう
な衛星群では、低中軌道高度を適用しているため衛星配
備数が膨大となり、測位システムへの適用に対して効率
的な形態でない。このように現状の衛星群構想は一長一
短であり、民間運営に効率的な測位通信複合システムの
構築においては、新たな衛星群構想とシステム構築の方
法を検討する必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】測位通信複合システム
の構築において、まず、地域限定型の測位通信複合サー
ビスの提供が可能であり、次に、これを全地球域型に拡
張することのできる最小規模の衛星群とこれらの最適な
組み合わせ方法を考案することは、費用対効果の優れた
測位通信複合システムを構築するための基本的な研究課
題である。そして、上記の問題点を総括的に把握し、解
決するための具体的な基本条件を明確にすることが必要
である。本発明が解決しようとする主要な課題は、上述
したように低コストで且つ段階的に測位通信複合サービ
ス域を拡張することのできる衛星コンステレーションを
用いた衛星測位通信複合システムを提供することであ
る。請求項毎の目的を述べると、まず請求項１に係る発
明は、地球上の特定の３地域で連続的に通信が行うこと
が可能であると共に、特定の３地域で連続的な測位が可
能な最小規模の衛星群を用いた衛星測位通信複合システ
ムを提供することを目的とする。請求項２に係る発明
は、地球の半球全域で連続的に通信及び測位が行えるよ
うにした最小規模の衛星群を用いた衛星測位通信複合シ
ステムを提供することを目的とする。請求項３に係る発
明は、全地球域で連続的に通信及び測位が行えるように
した最小規模の衛星群を用いた衛星測位通信複合システ
ムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】はじめに、上記課題を解
決するための請求項１に係る発明に関連する基本的な衛
星通信システムについて説明する。この衛星通信システ
ムは、周期８時間の長楕円軌道に投入された複数の衛星
を用いて地球上の特定の３地域に集中して通信のサービ
スを提供する衛星通信システムにおいて、昇交点経度、
離心率、近地点引数が等しく、且つほぼ６時間毎に１機
ずつ同じ昇交点を通過する４機の衛星からなる連鎖回帰
型衛星群を配置させ、地球表面に形成される遠地点直下
近傍の３地域でそれぞれ少なくとも１機の衛星との直接
的な通信リンクを常時成立させると共に、前記３地域上
空にある衛星間の通信を可能に構成して連鎖回帰型衛星
群を用いた地域限定型衛星通信システムを構成するもの
である。

【００１１】まず、長楕円軌道衛星の軌道の特徴を図１
に基づいて説明する。図１は遠地点が北緯63.4度にくる
８時間周期の長楕円軌道の１日の軌跡を示しており、そ
してドット間隔は同一時間間隔を表しており、日本、北
米、欧州の上空に滞留する時間が長くなっていることが
わかる。なお、図１において、符号 101〜106 は衛星が
楕円軌道を周回する際の、地球固定座標系からみた衛星
軌跡の順番の一例を示している。そこで、上記のように
構成した衛星通信システムで用いる連鎖回帰型衛星群を
構成する４機の衛星は、離心率 0.6程度の長楕円軌道を
想定した場合、おおよそ、それぞれの衛星が８時間周期
の長楕円軌道の遠地点側に６時間、近地点側に２時間滞
在することになる。そして、これらの衛星は慣性空間か
ら見て同一の軌道面内を周回するのではなく、お互いに
少しずつずれた４つの軌道面を周回する。しかし、これ
らの衛星の位置を地球表面に鉛直に投影した軌跡はすべ
て同一となるため、地球固定座標系からみれば鎖状に連
なった回帰型の衛星群となる。よって、これを連鎖回帰
型衛星群と定義することとする。また、前記４機の衛星
が６時間毎に昇交点を通過する場合、この軌跡には衛星
が６時間程度留まる地域（これを遠地点域と呼ぶ）が３
個所生成される。したがって、如何なる時間帯において
も、３個所の遠地点域に少なくとも１機の衛星が滞留し
ていることになり、連続的に直接的な通信リンクが形成
される（この状態を可視と呼ぶ）。そして、３個所の遠
地点域に滞留している衛星間の通信が可能になるように
構成することにより、３地域限定型の衛星通信システム
が構築される。

【００１２】 そこで、請求項１に係る発明は、周期８
時間の長楕円軌道に投入された複数の衛星を用いて地球
上の特定の３地域に集中して測位及び通信のサービスを
提供する衛星測位通信複合システムにおいて、昇交点経
度、離心率、近地点引数が等しく、且つほぼ６時間毎に
順次１機ずつ同じ昇交点を通過するように配置された４
機の衛星からなる連鎖回帰型の衛星群を一構成単位と
し、この一構成単位の衛星群を少なくとも３群、昇交点
経度及び昇交点通過時刻を相互に異ならせて配置し、前
記一構成単位の衛星群を構成する４機の衛星のうち滞留
時間が長くなる遠地点近傍に位置した３機の衛星によっ
て、それぞれ地球表面に形成される遠地点直下近傍の３
つの測位通信サービス地域で、３つの前記衛星群のそれ
ぞれに属するものであって合わせて少なくとも３機の衛
星との直接的な通信リンクを常時成立させると共に前記
３つの測位通信サービス地域上空に位置する衛星同士の
通信を可能にし、且つ遠地点直下近傍の３つの測位通信
サービス地域において３つの前記衛星群のそれぞれに属
するものであって合わせて少なくとも３機の測距電波を
送出する衛星を測距電波源とする測位が常時可能となる
ように構成し、地域限定型衛星測位通信複合システムを
構成するものである。

【００１３】 このように構成した衛星測位通信複合シ
ステムにおいては、３群の連鎖回帰型の衛星群により、
９個所の遠地点域を生成することができる。したがっ
て、これらの遠地点域を適当に重ね合わせれば、３つの
測位通信サービス地域において３つの衛星群のそれぞれ
に属するものであって合わせて少なくとも３機の衛星と
の通信が常時可能となるため、少なくとも３つの測位通
信サービス地域で３衛星測位の可能な地域限定型の衛星
測位通信複合システムを構成することができる。そし
て、実際には遠地点域での軌道高度は３万km程度となる
ため、低仰角で可視となる衛星を加えれば可視衛星数は
倍増する。

【００１４】 請求項２に係る発明は、周期８時間の長
楕円軌道に投入された衛星であって、昇交点経度、離心
率、近地点引数が等しく、且つほぼ６時間毎に順次１機
ずつ同じ昇交点を通過するように配置された４機の衛星
からなる連鎖回帰型の衛星群を一構成単位とし、この一
構成単位の衛星群をＡ，Ｂ，Ｃの３群を用い、Ａ群の昇
交点経度に対して、残り２つのＢ群及びＣ群の昇交点経
度をそれぞれ概ね40度間隔に、Ａ群先頭の衛星Ａ１の昇
交点通過時刻に対してＢ群先頭の衛星Ｂ１及びＣ群先頭
の衛星Ｃ１の昇交点通過時刻をそれぞれ概ね80分間隔に
なるように調整して３つの連鎖回帰型の衛星群を配置し
て半球域限定型の測位通信複合サービス用連鎖回帰型の
衛星群を構成し、地球の半球全域で３つの前記衛星群の
それぞれに属するものであって合わせて少なくとも３機
の衛星との直接的な通信リンクを常時成立させると共に
半球全域の上空に位置する衛星同士の通信を可能にし、
且つ半球全域において３つの前記衛星群のそれぞれに属
するものであって合わせて少なくとも３機の衛星を測距
電波源とする連続測位が可能となるようにして半球域限
定型の衛星測位通信複合システムを構成するものであ
る。

【００１５】このようにＡ，Ｂ及びＣの３群の連鎖回帰
型衛星群の軌道要素を規則的に特定することにより、よ
り均一な衛星配置が実現され、この均一性により、半球
域のどの地点から天空を見た場合でも、可視衛星の配置
状態を概ね常時良好にし、半球域での測位通信精度を高
めることが可能となる。

【００１６】 請求項３に係る発明は、地球の北半球全
域を測位通信複合サービスの対象域となるように調整さ
れた前記請求項２記載の半球域限定型の測位通信複合サ
ービス用の３つの連鎖回帰型衛星群と、南半球全域を測
位通信複合サービスの対象域となるように調整された前
記請求項２記載の半球域限定型の測位通信複合サービス
用の３つの連鎖回帰型衛星群とを配置し、全地球域にお
いて北半球域用の３つの前記衛星群又は南半球域用の前
記３つの衛星群のそれぞれに属するものであって合わせ
て少なくとも３機の衛星との直接的な通信リンクを常時
成立させると共に全地球域の上空にある衛星間の通信を
可能にし、且つ全地球域において北半球域用の３つの前
記衛星群又は南半球域用の前記３つの衛星群のそれぞれ
に属するものであって合わせて少なくとも３機の衛星を
測距電波源とする測位が可能となるように構成し、全地
球域の衛星測位通信複合システムを構成するものであ
る。

【００１７】このように、請求項２記載の２群の半球域
限定型測位通信複合サービス用連鎖回帰型衛星群を、そ
れぞれ北半球及び南半球を測位通信複合サービス域とす
るように調整して配置することにより、全世界で更に均
一な衛星配置を実現することができ、この均一性によ
り、地球上のどの地点から天空を見た場合でも、可視衛
星の配置状態を概ね常時良好にし、全地球域での通信及
び測位精度を高めることが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図２は、本発明に関連する衛星通信システム及び本
発明に係る衛星測位通信複合システムの第１の実施の形
態の一部を省略した概略構成図で、この実施の形態は請
求項１に係る発明の基本構成に対応するものである。図
２においては、地球上の特定３地域のうち２地域Ａ，Ｂ
を示し、この地域Ａ，Ｂにおいて４機の衛星からなる連
鎖回帰型衛星群のそれぞれ１機の衛星201 ，202 と通信
リンクが形成されている場合を示しており、更に地域Ａ
における地上局との対応を詳細に示し、地域Ｂにおいて
は図示していない第３の地域と共に詳細な図示を省略し
ている。

【００１９】図２において、203 は地域Ａにおける地上
固定局、204 は第１の移動局（移動体ユーザ）、205 は
第２の移動局（移動体ユーザ）、206 は地球を示してお
り、地上固定局203 は当該地域Ａの上空の衛星201 に対
して通信回線制御のための制御信号電波の送受信が行わ
れるようになっており、また衛星201 ，202 には固定
局、移動局からの電波を中継し、移動局、固定局へ送信
する中継器が搭載されている。また、衛星201 ，202
間、並びに図示していない第３の地域上空の衛星との間
には衛星間通信ができるように構成されている。図２に
おいて、207 は地上固定局203 と衛星201 間の通信回線
制御信号電波及び双方向通信電波、208 は移動局204 ，
205 と衛星201 間の双方向通信電波、209 は衛星201 ，
202 間の衛星間通信電波を示している。

【００２０】図３は、上記第１の実施の形態において用
いる連鎖回帰型衛星群の構成を示す図である。図３にお
いては、当該衛星群を構成する４機の衛星の軌道の長半
径を約20000km 、軌道傾斜角を63.4度、離心率0.64、近
地点引数 225度とした場合の地表軌跡と、ある時刻での
衛星４機の位置関係、及び衛星が可視となる仰角の下限
値（これを可視仰角限界と呼ぶ）を20度としたときの各
衛星の可視域を一例として図示している。図において、
ドットが連なってできた曲線が衛星直下点の軌跡であ
り、各衛星は昇交点を通過して高緯度に達する範囲で６
時間程度滞留する。なお各衛星には符号１，２，３，４
を付して示している。ドットは２分毎に記されており、
その粗密により衛星の滞留時間の程度がわかる。また、
実線の曲線は各衛星が仰角20度以上の天空で可視となる
領域であり、例えば日本近辺では１の番号の付された衛
星のみが可視となっている。この図３に示す４機の衛星
の地表軌跡は遠地点域が北半球に位置するような長楕円
軌道を適用した場合であるが、これらの軌道を形成する
衛星群の設定されるべき軌道要素は、解析力学の基礎知
識によって容易に設定することができる。

【００２１】図４は、この実施の形態に係る通信システ
ムに用いる連鎖回帰型衛星群の連続可視性の態様を更に
具体的に示すために、軌道条件と観測点での可視仰角限
界を図３の場合と同等の20度とした場合において、少な
くとも衛星１機が可視となる時間比率を示したものであ
る。図中の＋印の付されている地域は通信可能な時間比
率が 100％となる地域であり、数値の記入地域は時間比
率が 100％未満となる地域で、百分率の数値を記入して
示している。この図４によれば、遠地点域を中心に連続
的に通信可能な３つの地域が重なって、概ね北緯20度以
上で連続通信可能となるが、図５に示すように可視仰角
限界を10度とした場合は、それぞれの連続通信可能域
（ 100％通信可能域）が広くなるために、ほぼ北半球全
域で連続通信可能となる。このことから、この連鎖回帰
型衛星群３組を、先頭衛星の昇交点経度及び昇交点通過
時刻を適当に調整して配置すれば、３衛星測位（衛星３
機による測位であり、通常、２次元測位となる。）が可
能な半球域限定型の測位通信複合システムを構成できる
見通しが得られる。

【００２２】図６は、本発明の第２の実施の形態の一部
を省略して示す概略構成図で、この実施の形態は請求項
１に係る発明に対応するものである。図６においては、
地球上の特定３地域のうち２地域Ａ，Ｂを示し、この地
域Ａ，Ｂに対して４機の衛星からなる連鎖回帰型衛星群
をそれぞれ対応させ、各衛星群のうちそれぞれ３機の衛
星を図示し、地域Ａ，Ｂにおける地上局において各地域
上空の１〜３機の衛星を用いて通信及び／又は測位が行
えるようにした構成を示している。

【００２３】図６において、301 は地球上の地域Ａに対
応して配置されている第１の連鎖回帰型衛星群、302 は
地域Ｂに対応して配置されている第２の連鎖回帰型衛星
群、301-１，301-２，301-３は第１の連鎖回帰型衛星群
301 を構成している４機の衛星のうちの第１〜第３の衛
星、302-１，302-２，302-３は第２の連鎖回帰型衛星群
302 を構成している４機の衛星のうちの第１〜第３の衛
星である。303 は地域Ａにおける地上固定局、304 は第
１の移動局（移動体ユーザ）、305 は第２の移動局（移
動体ユーザ）、306 は地球を示している。

【００２４】そして、地上固定局303 は当該地域Ａの上
空の第１の連鎖回帰型衛星群301 を構成する各衛星に対
して通信回線制御のための制御信号電波並びにクロック
同期支援のための制御信号電波の送受信が行われるよう
になっており、また各衛星には、固定局、移動局からの
電波を中継し、移動局、固定局へ送信する中継器が搭載
されており、更に各衛星には地上移動局において測位動
作を行うために用いる測距電波の送出手段を備えてい
る。また第１及び第２の連鎖回帰型衛星群301 ，302 の
各衛星間、及び図示していない第３の地域に対応して配
置されている第３の連鎖回帰型衛星群の各衛星との間に
は衛星間通信ができるように構成されている。

【００２５】なお、図６の図示例では、地域Ａにおいて
第１及び第２の衛星301-１，301-２と第１及び第２の移
動局304 ，305 との間にそれぞれ通信リンクが形成され
ており、また第１〜第３の衛星301-１，301-２，301-３
から送信されている測距電波を第１の移動局304 が受信
して、測距動作を行っている態様を示している。図６に
おいて、307 は地上固定局303 と衛星301-１〜301-３間
の通信回線制御信号電波、クロック同期支援制御信号電
波及び双方向通信電波、308 は移動局と衛星間の双方向
通信電波、309 は測距電波、310 は衛星間通信電波を示
している。

【００２６】図７は、第２の実施の形態において用いる
衛星群の構成を示す図で、東アジア、北アメリカ及び欧
州での通信及び測位を優先する衛星軌道と特定の時刻に
おける衛星配置の一例を図示している。この実施の形態
で用いる衛星群は、連鎖回帰型衛星群を３組すなわち合
計12機の衛星を配置して構成されている。この構成例で
は、３組の連鎖回帰型衛星群の昇交点経度をそれぞれ 1
20度、 150度及び 180度として、３地域の通信及び測位
サービスを優先的にしている。この衛星群による市街地
での衛星通信に対する有用性をみるために、図中には仰
角30度以上の天空で２機以上の衛星が可視率 100％とな
る地域を＋印、可視率 100％以下となる地域には可視率
を百分率で示している。この図により、東アジア、欧州
及び北米を中心に広範囲にわたり、２衛星による測位通
信複合サービスが可能であることがわかる。なお、２機
の衛星により測位を行う場合は、ユーザ側の移動局の高
さ情報を合わせて用いることが必要である。

【００２７】図８は、第３の実施の形態において用いる
衛星群の構成を示す図で、この実施の形態は請求項２に
係る半球域限定型の測位通信複合システムに用いる衛星
群に対応するものである。この図８には、図３に示した
第１の実施の形態に係る通信システムに用いている連鎖
回帰型衛星群を３組用いて（但し、各衛星には測距電波
送信機能をもたせている）、測位通信複合サービス用衛
星群を構成しているもので、３衛星測位に関する有用性
を示すために、仰角10度以上の天空で３機以上の衛星が
可視となる比率を百分率で示している。この実施の形態
ではグローバルな測位精度を高めるため、軌道間隔が均
等になるように各衛星群の昇交点経度及び各衛星群の先
頭の衛星の昇交点通過時刻を調整している。すなわち、
各衛星群の昇交点経度をそれぞれ40度間隔に、また各衛
星群の先頭の衛星の昇交点通過時刻をそれぞれ80分間隔
になるように調整している。

【００２８】図７及び図８を参考にすれば、第２の実施
の形態に係る衛星測位通信複合システムで用いる12機の
衛星配置は、東アジア、北アメリカ及び欧州を中心とす
る３地域において、常に２機以上の衛星を仰角30度以上
の天空に見出すことができる。また、２衛星による通信
サービスが95％以上の比率で可能となる地域に注目する
ならば、それは概ね北緯20度以上の全地域となる。した
がって、この第２の実施の形態に係る衛星測位通信複合
システムで用いる衛星群は、市街地での通信サービスに
有効であることがわかる。また、図８にみられるよう
に、可視仰角限界が10度の場合は北半球の大半の地域で
常時３機以上の衛星が可視となり、概ね北半球全域で３
衛星を測距電波源とする測位が可能となることが推定で
きる。

【００２９】衛星を通信手段として使用する場合、衛星
は長時間にわたり高仰角に留まっていることが望まし
い。しかし、衛星を測距電波源として測位を行う場合
は、少なくとも３機の衛星が天空に広く分布しているこ
とが良好な測位精度を得るための不可欠な条件である。
したがって、図７の如く衛星軌跡の密度が通信サービス
域で密になるように衛星群を配置するのではなく、衛星
軌跡が地表に対して適当に分散した衛星群を組み合わせ
ることが望ましい。

【００３０】図９は、図８と同様に第３の実施の形態に
係る衛星測位通信複合システムにおいて用いる衛星群に
よって生成される衛星軌跡と、これらの衛星群を用いて
２次元測位を行った場合の水平面測位誤差の程度を図示
したものである。ここで、図中の数値は、水平面測位誤
差の測距誤差に対する比率（これをＨＤＯＰと呼ぶ）が
５以下となる頻度を百分率で表したもの（これをＨＤＯ
Ｐ劣化率と呼ぶ）であり、−印は０％，＋印は 100％を
意味している。但し、２次元測位に用いる高度情報の誤
差は測距誤差の２倍としている。この図９によれば、可
視仰角限界10度のとき、この実施の形態に基づいて12機
の衛星により北半球全域で概ねＨＤＯＰが５以下となる
測位が可能となる衛星群を構成できることがわかる。

【００３１】図10は、図８と同様に第３の実施の形態に
係る衛星測位通信複合システムに用いる衛星群を用い
て、図９と同様に、可視仰角限界20度での２次元測位測
位精度をＨＤＯＰ劣化率によって表したものである。こ
の図10によれば、概ね北緯30度以北で連続的な２次元測
位サービスと可視衛星３機以上による移動体通信サービ
スの提供が常時可能であることがわかる。

【００３２】以上の説明から明らかなように、衛星測位
通信複合システムに用いる衛星群の一例に基づいて作成
された図９及び図10の測位精度例により、第３の実施の
形態に係る衛星測位通信複合システムに用いる衛星群
は、北半球をサービス域とする衛星測位通信複合システ
ムを構成する最少衛星群となる。なお、このような衛星
群を南半球に長く滞留する軌道上に配置すると、南半球
をサービス域とする衛星測位通信複合システムを構成す
ることができる。

【００３３】図11は、第４の実施の形態において用いる
衛星群の構成を示す図で、この実施の形態は請求項３記
載に係る全地球域衛星測位通信複合システムに用いる衛
星群に対応するものである。図中の１から24の番号で示
されている衛星のうち、１〜12番の衛星は北半球に、13
〜24番の衛星は南半球に長く滞留する軌道をとる上記第
３の実施の形態に係る半球域限定型測位通信複合システ
ムに用いる衛星群であり、この２つの衛星群の合成によ
って、ほぼ全世界でＨＤＯＰが５以下となる３次元測位
が可能となる。高度情報を用いる２次元測位を適用する
場合は、可視仰角限界が20〜30度となっても良好な測位
が可能となるため、市街地運用に適した測位通信複合サ
ービスの提供が可能になると言える。

【００３４】図12は、第１〜第４の実施の形態に係る衛
星通信システムないし衛星測位通信複合システムにおい
て用いる衛星群の構成をまとめて示す図である。すなわ
ち、まず限定域衛星通信システム用の連鎖回帰型衛星群
を３組用いることによって半球域限定型衛星測位通信複
合システム用衛星群を構成し、次に半球域限定型衛星測
位通信複合システム用衛星群２組によって全地球域衛星
測位通信複合システム用衛星群を構成する概念を示して
いる。連鎖回帰型衛星群Ａ，Ｂ及びＣは、いずれも第１
の実施の形態に係る、すべての衛星の遠地点が北半球側
に位置するような軌道要素を持つ衛星群であり、これら
の３組の衛星群により半球域限定型衛星測位通信複合シ
ステム用衛星群Ｎを構成する。同様に、限定域衛星通信
システム用の連鎖回帰型衛星群Ｄ，Ｅ及びＦは、いずれ
も第１の実施の形態に係る、すべての衛星の遠地点が南
半球側に位置するような軌道要素を持つ衛星群であり、
これらの３組の衛星群により半球域限定型衛星測位通信
複合システム用衛星群Ｓを構成する。これら２つの半球
域限定型衛星測位通信複合システム用衛星群Ｎ，Ｓは合
成されて全地球域衛星測位通信複合システム用衛星群を
構成する。図10に示す衛星群の複合化構想では、ユーザ
分布とその利用度に応じて、限定域衛星通信システム用
連鎖回帰型衛星群を構成単位として、適切に増強あるい
は省略することができる。このようにシステム整備を適
切に行うことにより、費用対効果の優れた測位通信複合
サービスを提供することができる。また、システム整備
の初期段階においても地域的に測位通信複合サービスの
提供が可能であるため、早期に商業的運営が可能にな
る。

【００３５】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、同一軌跡上にある４機の衛星から
なる連鎖回帰型衛星群を単位とした測位通信衛星群の構
成により、測位通信複合サービスの利用度の地域的格差
を考慮に入れたシステム整備計画が可能となり、事業の
段階的拡張と商業的運営における費用対効果の向上を図
ることができる。特に請求項１に係る発明によれば、同
一軌跡上にある４機の衛星からなる連鎖回帰型衛星群を
少なくとも３群用いることにより、最小規模の衛星群を
用いて地球上の特定の３地域で連続的に通信が行えると
共に測位が可能な衛星測位通信複合システムを提供する
ことができる。請求項２に係る発明によれば、最小規模
の衛星群を用いて地球の半球全域で連続的に通信が行え
ると共に測位が可能な衛星測位通信複合システムを提供
することができる。請求項３に係る発明によれば、最小
規模の衛星群を用いて全地球域で連続的に通信が行える
と共に測位が可能な衛星測位通信複合システムを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】長楕円軌道衛星の軌道の一例を示す図である。

【図２】本発明に関連する衛星通信システム及び本発明
に係る衛星測位通信複合システムの第１の実施の形態を
一部省略して示す概略構成図である。

【図３】図２に示した第１の実施の形態において用い
る、連鎖回帰型衛星群を構成する４機の衛星の地上軌跡
と仰角限界20度のときの衛星可視域を示す図である。

【図４】図３に示した連鎖回帰型衛星群を用い仰角限界
20度のときの通信可能率（少なくとも衛星１機が可視と
なる時間比率）を示した図である。

【図５】同じく図３に示した連鎖回帰型衛星群を用い仰
角限界10度のときの通信可能率を示した図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態を一部省略して示す
概略構成図である。

【図７】図６に示した第２の実施の形態において用いる
３群の連鎖回帰型衛星群を地域的に適当に集中し、且つ
地域内で適当に分散するように配備した態様、及びその
場合に仰角30度のときに少なくとも衛星２機が可視とな
る時間比率を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態において用いる３群
の連鎖回帰型衛星群を北半球において均一に配備した態
様、及びその場合に仰角限界10度のときの３衛星測位通
信可能率（少なくとも衛星３機が可視となる時間比率）
を示す図である。

【図９】図８に示した衛星群を配備した場合において、
仰角限界10度のときの２次元測位のＨＤＯＰ劣化率を示
す図である。

【図１０】同じく図８に示した衛星群を配備した場合に
おいて、仰角限界20度のときの２次元測位のＨＤＯＰ劣
化率を示す図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態において用いる、
３群の連鎖回帰型衛星群で構成される２組の半球域限定
型測位通信システム用衛星群をそれぞれ北半球及び南半
球に遠地点が来るように概ね均一に配備した態様、及び
その場合に仰角限界10度のときの３次元測位のＨＤＯＰ
劣化率を示す図である。

【図１２】半球域限定型衛星測位通信複合システムを構
成するために用いる衛星群、及び全地球域衛星測位通信
複合システムを構成するために用いる衛星群をブロック
で示す図である。

【符号の説明】

１〜24 連鎖回帰型衛星群を構成する衛星 101 〜106 衛星軌跡の順番 201 ，202 衛星 203 地上固定局 204 第１の移動局 205 第２の移動局 206 地球 207 通信回線制御信号電波及び双方向通信電波 208 双方向通信電波 209 衛星間通信電波 301 第１の連鎖回帰型衛星群 301-１，301-２，301-３ 衛星 302 第２の連鎖回帰型衛星群 302-１，302-２，302-３ 衛星 303 地上固定局 304 第１の移動局 305 第２の移動局 306 地球 307 通信回線制御信号電波、クロック同期支援制御信
号電波及び双方向通信電波 308 双方向通信電波 309 測距電波 310 衛星間通信電波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 建志 東京都港区浜松町２丁目４番１号 宇宙 開発事業団内 (56)参考文献 特開 平11−44749（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−34996（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−280917（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−107551（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−209280（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−268131（ＪＰ，Ａ) 山脇功次，衛星測位におけるグローバ ル衛星配置の考察，日本航空宇宙学会 誌，1994年 ４月 ５日，第42巻，第 483号，ｐ．232−242 山脇功次，測位通信複合ミッションに おけるグローバル衛星コンステレーショ ンについて，電子情報通信学会技術研究 報告，1997年 ７月 25日，第97巻，第 209号，ｐ．17−26 山脇功次，グローバルミッションのた めの衛星配置，宇宙科学技術連合講演開 講演集，1993年，第37巻，ｐ．375−376 Ｊ．Ｎａｕｃｋ， Ｂ．Ｂｉｓｃｈｏ ｆ，Ｐ．Ｄｏｎｄｌ，Ｔｈｅ Ｌｏｏｐ ｕｓ ｃｏｎｃｅｐｔ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｚｅｉｔ ｓｃｈｒｉｆｔ ｆｕｅｒ Ｆｌｕｇｗ ｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ ｕｎｄ Ｗｅｌｔｒａｕｍｆｏｒｓｃｈｕｎｇ, ドイツ，1988年，Ｖｏｌ．12，Ｎｏ. ３，ｐ．191−196 飯田尚志，下世古幸雄，有本好徳，非 静止衛星を利用する通信衛星の研究開発 動向，電子情報通信学会技術研究報告, 1989年 ５月26日，第89巻，第57号, ｐ．13−20 Ｊ．Ｎａｕｃｋ，Ｐ．Ｈｏｒｎ， Ｗ．Ｇｏｅｓｃｈｅｌ，− ＬＯＯＰＵ Ｓ − ＭＯＢＩＬＥ − Ｄ − Ａ ＮＥＷ ＭＯＢＩＬＥ ＣＯＭＭＵＮ ＣＡＴＩＯＮ ＳＡＴＥＬＬＩＴＥ Ｓ ＹＳＴＥＭ，13ｔｈ． ＡＩＡＡ Ｉｎ ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎ ｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ ｃｅ，米国，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓ ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔ ｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉ ｃｓ，1990年，ｐ．886−899 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 7/14 - 7/22 B64G 1/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期８時間の長楕円軌道に投入された複
   数の衛星を用いて地球上の特定の３地域に集中して測位
   及び通信のサービスを提供する衛星測位通信複合システ
   ムにおいて、昇交点経度、離心率、近地点引数が等し
   く、且つほぼ６時間毎に順次１機ずつ同じ昇交点を通過
   するように配置された４機の衛星からなる連鎖回帰型の
   衛星群を一構成単位とし、この一構成単位の衛星群を少
   なくとも３群、昇交点経度及び昇交点通過時刻を相互に
   異ならせて配置し、前記一構成単位の衛星群を構成する
   ４機の衛星のうち滞留時間が長くなる遠地点近傍に位置
   した３機の衛星によって、それぞれ地球表面に形成され
   る遠地点直下近傍の３つの測位通信サービス地域で、３
   つの前記衛星群のそれぞれに属するものであって合わせ
   て少なくとも３機の衛星との直接的な通信リンクを常時
   成立させると共に前記３つの測位通信サービス地域上空
   に位置する衛星同士の通信を可能にし、且つ遠地点直下
   近傍の３つの測位通信サービス地域において３つの前記
   衛星群のそれぞれに属するものであって合わせて少なく
   とも３機の測距電波を送出する衛星を測距電波源とする
   測位が常時可能となるように構成したことを特徴とする
   地域限定型の衛星測位通信複合システム。
2. 【請求項２】 周期８時間の長楕円軌道に投入された衛
   星であって、昇交点経度、離心率、近地点引数が等し
   く、且つほぼ６時間毎に順次１機ずつ同じ昇交点を通過
   するように配置された４機の衛星からなる連鎖回帰型の
   衛星群を一構成単位とし、この一構成単位の衛星群を
   Ａ，Ｂ，Ｃの３群を用い、Ａ群の昇交点経度に対して、
   残り２つのＢ群及びＣ群の昇交点経度をそれぞれ概ね40
   度間隔に、Ａ群先頭の衛星Ａ１の昇交点通過時刻に対し
   てＢ群先頭の衛星Ｂ１及びＣ群先頭の衛星Ｃ１の昇交点
   通過時刻をそれぞれ概ね80分間隔になるように調整して
   ３つの連鎖回帰型の衛星群を配置して半球域限定型の測
   位通信複合サービス用連鎖回帰型の衛星群を構成し、地
   球の半球全域で３つの前記衛星群のそれぞれに属するも
   のであって合わせて少なくとも３機の衛星との直接的な
   通信リンクを常時成立させると共に半球全域の上空に位
   置する衛星同士の通信を可能にし、且つ半球全域におい
   て３つの前記衛星群のそれぞれに属するものであって合
   わせて少なくとも３機の衛星を測距電波源とする連続測
   位が可能となるように構成したことを特徴とする半球域
   限定型の衛星測位通信複合システム。
3. 【請求項３】 地球の北半球全域を測位通信複合サービ
   スの対象域となるように調整された前記請求項２記載の
   半球域限定型の測位通信複合サービス用の３つの連鎖回
   帰型衛星群と、南半球全域を測位通信複合サービスの対
   象域となるように調整された前記請求項２記載の半球域
   限定型の測位通信複合サービス用の３つの連鎖回帰型衛
   星群とを配置し、全地球域において北半球域用の３つの
   前記衛星群又は南半球域用の前記３つの衛星群のそれぞ
   れに属するものであって合わせて少なくとも３機の衛星
   との直接的な通信リンクを常時成立させると共に全地球
   域の上空にある衛星間の通信を可能にし、且つ全地球域
   において北半球域用の３つの前記衛星群又は南半球域用
   の前記３つの衛星群のそれぞれに属するものであって合
   わせて少なくとも３機の衛星を測距電波源とする測位が
   可能となるように構成したことを特徴とする全地球域の
   衛星測位通信複合システム。