JP4472240B2 - 通信衛星システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
南（北）半球を一括の覆域とする、ユーザの衛星追尾方式を含めた通信衛星システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
極域に対する放送及び通信のカバーは、現在地上波の無線及び有線に限られている。従来の静止衛星は、地球の自転と同期する周期の円軌道を用いてきたが、その主なメリットは、第１にある範囲の地上ユーザからは、常時衛星が可視であること、第２に地上ユーザがアンテナを固定させて利用できること、第３に衛星姿勢を地球中心指向させておく簡単な制御で運用できることである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の通信衛星システムでは、静止軌道上におかれた通信衛星が覆するエリアはある経度方向を中心とする円域であり、静止高度が地球半径に比べてあまり高くないことから、半球より狭い範囲の通信・放送にしか利用できず、全地球上の最も人口の密集する南または北の中緯度域を一括してカバーすることは不可能であった。仮に極軌道衛星を利用したとしても赤道上の静止衛星ほどの効果は期待できない。
【０００４】
また、静止衛星軌道は赤道面上にのみ存在し、配置できる衛星数に限界があることであり、地上の大多数の人口の集中する、たとえば北半球の中緯度の円環状の領域を同時に１機の衛星にてサービスを提供することは不可能で、３機の衛星の同時運用が必要であった。
【０００５】
又、静止衛星の周波数と位置の利用限界が既に問題になっており今後全世界的なブロードバンド通信が行なわれようとする時は従来のシステムでは満足のいくサービスを期待することはできない。
【０００６】
本発明の目的は、全地球上の最も人口の密集する南または北の中緯度域を一括してカバーすることができる通信衛星システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、地上と軌道上の衛星とを結ぶ通信衛星システムにおいて、軌道要素を地球のそれと同一としつつも、軌道傾斜角のみが地球公転軌道面（黄道面）と異なる太陽周回軌道であって、太陽から見て夏至点又は冬至点の方向に関して前記地球公転軌道面に対して数度の傾きを有する１つの太陽周回軌道に投入され、黄道面極方向に配置される、１つないし複数機の衛星を用いて通信を行うことを特徴とする通信衛星システムが得られる。
【０００８】
さらに、本発明によれば、前記衛星は、地球と同期する１年周期の、軌道要素を地球のそれと同一としつつも、軌道傾斜角のみが地球と異なる太陽周回軌道に投入され、極方向に配置されることを特徴とする通信衛星システムが得られる。
【０００９】
さらに、本発明によれば、前記衛星は、軌道要素を地球のそれと同一としつつも、前記軌道傾斜角が黄道面に対し数度に設定されるように前記衛星内の制御部によって配置制御されていることを特徴とする通信衛星システムが得られる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、前記衛星に搭載されたアンテナは使用する波長に比べて十分大きな口径をもち、高い指向利得を得るべく設計されていることを特徴とする通信衛星システムが得られる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、地上の通信装置は、位相合成法を用いて前記アンテナを機械的に固定させつつも電子的に衛星を追尾することができる追尾制御手段を有していることを特徴とする通信衛星システムが得られる。
【００１２】
さらに、本発明によれば、前記衛星が２機の場合においては、一方が半年間北半球に、続く半年南半球に、他方が半年間南半球に、続く半年北半球に通信サービスを行うことを特徴とする請求項４記載の通信衛星システム。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る通信衛星システムは、衛星を赤道面に配置するのではなく、いわば極方向に配置して、南（北）半球を一括覆域とするサービスを提供する、放送を含む通信衛星系を構成するものである。本システムには地上ユーザが利用するアンテナの衛星追尾方式を含んでもよい。
【００１４】
本システムにおける衛星は、地球と同期する１年周期の、軌道要素を地球のそれと同一としつつも、軌道傾斜角のみが地球と異なる太陽周回軌道に投入される。前記軌道傾斜角は、図１に示すように黄道面に対し、数度に設定される。前記衛星は地球からみると、ほぼ半年間にわたって、ちょうど黄道系の極方向近傍に存在しつづけ、同期間中にわたって常時可視となる。この間衛星の地球からの距離は、数百万kmに達するため、この衛星に搭載されるアンテナは使用する波長に比べて十分大きな口径をもち、あるいは位相制御を行って高い指向利得を得るべく設計されることを仮定している。また高い姿勢制御、安定性を確保し、場合によっては姿勢変化からアンテナの指向制御をアクティブに行う制御手段を設けることも想定している。
【００１５】
地上からみた衛星方向は、常時その方向を変えるが、暦をもとに一義に指向方向を自律的に計算することができるため、位相合成法を用いることで、アンテナそのものは機械的に固定させつつも電子的に衛星を追尾させることができる。尚、暦はあまり精度を要しない。
【００１６】
但し、黄道面近くでは衛星の方向に関しては、この簡易計算では求めることができないか、あるいは求めることができても不正確である。しかし、一旦ユーザがサービスを受けると、ユーザは衛星の軌道情報が提供され、それを基にユーザアンテナの追尾精度を十分に改善することができる。
【００１７】
したがって、本システムによるブロードバンド通信サービスは、上述した従来システムにおける３機の衛星の同時運用、すなわち３つの既存の静止軌道からの通信衛星系と同等のメリットを提供でき、静止軌道上のリソースとは独立に運用できるうえ、南（北）半球を一括してカバーすることができる長所を有する。この場合において、衛星の内の一方は半年間北（南）半球を、他方は半年南（北）半球にサービスを行うことになり、南北両半球のユーザに対して同時にサービスを提供するためには、最低２機の衛星の運用が必要である。
【００１８】
反面、この衛星系システムでは、第１に、黄道面と交差する時点で、２〜３週間にわたって、衛星方向が大きく変化するためサービス確保に欠落が生じうるという問題点を、第２に、衛星との距離が遠いため、高指向利得にても回線が成立するためには、ユーザには大型のアンテナの使用が求められうるという問題点を、第３に、赤道域ユーザには１日の間でサービスが欠落する期間が発生しうるという問題点を、第４に、通信の往復時間遅れが２〜３分におよぶという問題点を有している。
【００１９】
上記した第１の問題点については、衛星数を３〜４機に増やすことで解消できる。また、上記した第２の問題点については、各個人での利用というよりも各組織あるいは各地域間での利用を考えており現実的で問題とはならない。上記した第３の問題点については、一日の間で南北２つの衛星を切り替えて利用する回避方法が存在する。無論、南北両衛星にて同一サービスを全地球的規模で提供することも可能である。上記した第４の問題点については、本方式では避けることはできないが、衛星の提供するサービスの内容によっては、このことは問題とはならない。
【００２０】
以下、本発明に係る通信衛星システムの動作について説明する。
【００２１】
本システムでは、使用する周波数帯は応用事例毎に決められるものであり、それに応じて衛星および地上局アンテナサイズは定められる。
【００２２】
典型的な例では衛星搭載アンテナの直径は約１０〜１５ｍ、地上局のアンテナ径は約５ｍである。
【００２３】
個人での利用は、主なユーザとしては、特に想定していない。本システムの具体的な応用性としては、第１に、南（北）半球、とくに中高緯度域に対しての放送衛星、第２に、南（北）半球、とくに中高緯度域に対しての測地、航法情報提供衛星、第３に、南（北）半球、とくに中高緯度域に対しての気象衛星などが挙げられる。尚、応用範囲は本実施の形態には限られない。
【００２４】
【発明の効果】
従来の静止軌道上におかれた通信衛星は、覆するエリアはある経度方向を中心とする円域であり、静止高度が地球半径に比べてあまり高くないことから、半球より狭い範囲の通信・放送にしか利用できなかった。かつ、全地球上の最も人口の密集する南または北の中緯度域を一括してカバーすることは不可能であった。仮に極軌道衛星を利用したとしても赤道上の静止衛星ほどの効果は期待できないが、本発明に係る通信衛星システムによれば、１つないし複数の衛星によって遠距離ながらもほぼ静止衛星に匹敵する効果が得られる。すなわち半球より広い範囲の通信・放送にも利用でき、かつ、全地球上の最も人口の密集する南または北の中緯度域を一括してカバーすることができる。
【００２５】
要するに、上記した従来の問題点を回避した放送を含むブロードバンド通信サービスを行うことができ、ユーザの衛星追尾方式を含めて利用を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る通信衛星システムの概要を説明するための図である。

Claims (6)

1. 地上と軌道上の衛星とを結ぶ通信衛星システムにおいて、軌道要素を地球のそれと同一としつつも、軌道傾斜角のみが地球公転軌道面（黄道面）と異なる太陽周回軌道であって、太陽から見て夏至点又は冬至点の方向に関して前記地球公転軌道面に対して数度の傾きを有する１つの太陽周回軌道に投入され、黄道面極方向に配置される、１つないし複数機の衛星を用いて通信を行うことを特徴とする通信衛星システム。
2. 前記衛星は、前記軌道傾斜角が黄道面に対し数度に設定されるように前記衛星内の制御部によって配置制御されていることを特徴とする請求項１記載の通信衛星システム。
3. 前記衛星に搭載されたアンテナは使用する波長に比べて十分大きな口径をもち、高い指向利得を得るべく設計されていることを特徴とする請求項２記載の通信衛星システム。
4. 地上の通信装置は、位相合成法を用いて前記アンテナを機械的に固定させつつも電子的に衛星を追尾することができる追尾制御手段を有していることを特徴とする請求項３記載の通信衛星システム。
5. 前記衛星が２機の場合において、一方が半年間北半球に、続く半年南半球に、他方が半年間南半球に、続く半年北半球に通信サービスを行うことを特徴とする請求項４記載の通信衛星システム。
6. 地上と軌道上の衛星とを結ぶ通信衛星システムにおいて、軌道要素を地球のそれと同一としつつも、軌道傾斜角のみが地球公転軌道面（黄道面）と異なる太陽周回軌道であって、太陽から見て夏至点又は冬至点の方向に関して前記地球公転軌道面に対して数度の傾きを有する１つの太陽周回軌道に投入され、黄道面極方向に配置される、１つないし複数機の衛星を用いて通信を行い、地球の半球より広い範囲の通信・放送にも利用でき、かつ、全地球上の最も人口の密集する南または北の中緯度域を一括してカバーすることができることを特徴とする通信衛星システム。

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