JP5286877B2 - Radio monitoring device - Google Patents
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Description
この発明は、宇宙空間において静止軌道上に配置された衛星から送信される電波を検出し、監視する電波監視装置に関するものである。 The present invention relates to a radio wave monitoring device that detects and monitors radio waves transmitted from a satellite placed in a geosynchronous orbit in space.
静止軌道上には、放送衛星や通信衛星、気象観測等の観測ミッションを行う観測衛星(気象衛星を含む)など、種々の人工衛星が配置され、これらの人工衛星と地上の管制局や基地局、小型地球局、移動局等の地上通信局との間で、情報データやテレメトリー/コマンドの通信を行っている。これらの種々の人工衛星からの送信電波は、それぞれ相互干渉しないよう回線が割り振られているが、昨今では、衛星の台数が増加し、利用周波数帯域もより細分化され、空間的にも周波数的に過密化が進む傾向となっている。このような過密化のため、静止軌道上に配置された人工衛星(又は未認識の人工衛星)からの送信電波を地上において検出し、包括的に監視するシステムが必要となっている。 Various satellites such as broadcasting satellites, communication satellites, observation satellites (including meteorological satellites) that perform observation missions such as meteorological observations, etc. are placed on geostationary orbit. Communicate information data and telemetry / commands with ground communication stations such as small earth stations and mobile stations. The radio waves transmitted from these various satellites have been allocated lines so that they do not interfere with each other, but nowadays, the number of satellites has increased, the frequency band used has been further subdivided, and spatial and frequency The trend is becoming overcrowded. Due to such overcrowding, there is a need for a system for comprehensively monitoring a radio wave transmitted from an artificial satellite (or an unrecognized artificial satellite) placed on a geostationary orbit on the ground.
例えば、特許文献1には衛星からの電波を捕捉して監視する従来の電波監視装置が記載されている。この特許文献1に記載の従来の電波監視装置は、衛星のドリフト範囲に基づいて長方形又は正方形のサーチ領域を求め、このサーチ領域内において渦巻き状またはジグザグ上のサーチパターンによりアンテナを走査して衛星からの電波を捕捉し、監視するというものである。
For example,
特許文献1に記載された従来の電波監視装置によれば、1の衛星のドリフト範囲に基づくサーチ領域でアンテナを走査して衛星からの電波を捕捉し監視することができるが、複数の衛星から送信されている電波を監視することは考慮されておらず、静止軌道上に配置される複数の衛星からの送信電波を監視するために、どのようなアンテナの走査を行うか検討しなければならないという課題があった。より具体的には、広範囲かつ広帯域で効率的な電波監視を行うためには、効率的なアンテナ走査を行わなければならないという課題があった。
According to the conventional radio wave monitoring device described in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、静止軌道上に配置された衛星からの送信電波を効率的に監視することのできる電波監視装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a radio wave monitoring apparatus that can efficiently monitor radio waves transmitted from satellites arranged in geostationary orbit. .
請求項1の発明に係る電波監視装置は、静止軌道上の互いに経度が異なる位置に配置された複数の衛星から送信された電波を監視する電波監視装置であって、前記衛星から送信される電波を受信する給電部と、この給電部により受信した受信信号のスペクトラムを測定する測定装置と、アンテナ指向方向を駆動制御するアンテナ制御装置と、このアンテナ制御装置が駆動制御するスキャンパターンであって静止軌道に沿う経度方向の移動と静止軌道上の点を中心とする円運動とを組み合せて同時に行うスキャンパターンを生成するスキャン条件生成装置とを備えたものである。
The radio wave monitoring apparatus according to the invention of
請求項2の発明に係る電波監視装置は、請求項1の発明に係る電波監視装置において、上記スキャン条件生成装置は、上記給電部により受信する電波の受信周波数帯に基づいて、上記スキャンパターンにおける、上記経度方向の移動の速度と上記円運動の速度を設定するものである。 The radio wave monitoring apparatus according to a second aspect of the present invention is the radio wave monitoring apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the scan condition generation device uses the scan pattern based on the reception frequency band of the radio wave received by the power feeding unit. The speed of movement in the longitude direction and the speed of the circular motion are set.
請求項3の発明に係る電波監視装置は、請求項1の発明に係る電波監視装置において、上記スキャン条件生成装置は、静止軌道を挟み南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第1の交点と、その次に生じる北緯側から南緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第2の交点とのほぼ中点に、さらにその次に生じる南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第3の交点が生じる上記スキャンパターンを生成するものである。 The radio wave monitoring apparatus according to a third aspect of the invention is the radio wave monitoring apparatus according to the first aspect of the invention, wherein the scan condition generating device includes a stationary orbit that occurs with a movement from the south latitude side to the north latitude side across the stationary orbit. At the midpoint of the second intersection of the first intersection and the second orbit of the geostationary orbit that accompanies the next movement from the north latitude side to the south latitude side, and further from the south latitude side to the north latitude side. The above-described scan pattern is generated in which a third intersection with a geosynchronous orbit generated with movement occurs.
請求項1乃至請求項3に記載の発明によれば、スキャン条件生成装置により静止軌道に沿う経度方向の移動と静止軌道上の点を中心とする円運動とを組み合せて同時に行うスキャンパターンを生成し、アンテナ指向方向を駆動制御するので、静止軌道上に配置された衛星から送信される電波の監視を効率よく行うことができる。また、監視する受信周波数帯に基づいて、スキャンパターンにおける経度方向の移動の速度と円運動の速度を設定するので、受信周波数帯で決まるアンテナビーム幅に応じたビームパターンを形成することができる。また、スキャンパターンを、静止軌道を挟み南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第1の交点と、その次に生じる北緯側から南緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第2の交点とのほぼ中点に、さらにその次に生じる南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第3の交点が生じるようにすることによって、所定の経度範囲及び緯度範囲での衛星電波監視を概ね全範囲において高速に行うことができる。
According to the first to third aspects of the invention, the scan condition generation device generates a scan pattern that is simultaneously performed by combining the movement in the longitude direction along the geostationary orbit and the circular motion centered on the point on the geostationary orbit. In addition, since the antenna directing direction is driven and controlled, it is possible to efficiently monitor radio waves transmitted from satellites arranged in geostationary orbit. Further, since the speed of movement in the longitude direction and the speed of circular motion in the scan pattern are set based on the reception frequency band to be monitored, a beam pattern corresponding to the antenna beam width determined by the reception frequency band can be formed. In addition, the scan pattern includes a first intersection of a stationary trajectory with a movement from the south latitude side to the north latitude side across the stationary orbit, and a stationary orbit that occurs with the movement from the north latitude side to the south latitude side that occurs next. A third intersection with a geosynchronous orbit generated by the movement from the south latitude side to the north latitude side that occurs next to the second intersection point with the second intersection point. In addition, satellite radio wave monitoring in the latitude range can be performed at high speed in the entire range.
実施の形態1
この発明の実施の形態1に係る電波監視装置について図1乃至図6を用いて説明する。図1はこの発明の実施の形態1に係る電波監視装置のアンテナ部の外観を表わす外観図であり、図2はこの発明の実施の形態1に係る電波監視装置の構成を表わす機能ブロック図である。図1において、1はアンテナ主鏡、2はアンテナ主鏡1の正面に設けた給電部、3はアンテナ主鏡1に固定され、給電部2を支持するステーである。4はアンテナ主鏡1を仰角軸まわりに回転可能に支持するアンテナ支持部、5はアンテナ支持部4を方位軸まわりに回転可能に支持するアンテナベースである。アンテナベース5及びアンテナ支持部3には、図示しない方位駆動機構及び仰角駆動機構が設けられて、アンテナ指向方向を任意の方位及び仰角へ向けられるものとする。また、給電部2はステー3に固定されるベース部材上にX軸及びY軸方向に駆動可能なXYステージを設け、そのXYステージ上に複数の給電装置を配置するものとする。尚、X軸及びY軸は図1に示すとおり給電部2のベース部材に固定された座標系において、アンテナ指向方向をZ軸、仰角軸に平行な軸をX軸、Z軸及びX軸に直交する方向をY軸としたものである。
A radio wave monitoring apparatus according to
図2において、6は複数の給電装置であり、7は上述のXYステージ及びXYステージをX軸及びY軸方向に駆動するモータ等からなる給電部駆動機構、8はアンテナ主鏡1を方位及び仰角駆動するモータ等からなる主鏡駆動機構、9は給電部駆動機構7及び主鏡駆動機構8を駆動制御するアンテナ制御装置であり、10はアンテナ指向方向のスキャン条件を生成し、アンテナ制御装置9へ出力するスキャン条件生成装置である。また、11は複数の給電装置6により受信した受信信号を切り替えて後段へ出力する受信信号切替装置、12は受信信号切替装置11が出力する受信信号のスペクトラムを測定する計測装置、13は計測装置12により測定した受信信号スペクトラムと、アンテナ制御装置9により駆動制御しているアンテナ指向方向の方位角及び仰角とを関連付けて記録する記録装置である。
In FIG. 2, 6 is a plurality of power feeding devices, 7 is a feeding unit driving mechanism including a motor for driving the above-described XY stage and XY stage in the X-axis and Y-axis directions, and 8 is an azimuth and direction of the antenna
次に本発明の電波監視装置による静止軌道上の複数の衛星から送信された電波の監視動作について説明する。スキャン条件生成装置10は受信する周波数帯に適したスキャンパターンを決定しアンテナ制御装置9へ出力する。アンテナ制御装置9は入力されたスキャンパターンをトレースするようにアンテナ指向方向の駆動指令(方位及び仰角方向の駆動指令)を出力し、この指令に従って給電部駆動機構7及び主鏡駆動機構8が駆動される。給電部2には多周波受信に対応するために周波数帯ごとに給電装置6を設けており、これらの複数の給電装置6は上記XYステージ上のXY面に分布して配置されている。給電部駆動機構7は、受信しようとしている受信信号の周波数帯域に対応する給電装置6を上記XYステージを駆動することによってアンテナ主鏡1の焦点位置に移動させる。アンテナ主鏡1によって反射され給電装置6により受信した受信信号は、受信信号切替装置11を介して計測装置12に入力され、計測装置12は受信信号のスペクトラムを測定する。計測装置12で測定された受信信号のスペクトラムデータは、アンテナ制御装置9から出力されるアンテナ指向方向情報(方位角及び仰角)と対応付けられて記録装置13に記録される。
Next, the operation of monitoring radio waves transmitted from a plurality of satellites in geostationary orbit by the radio wave monitoring apparatus of the present invention will be described. The scan
次にスキャン条件生成装置10が生成するスキャンパターンについて説明する。図3は静止軌道上における複数の衛星のドリフト範囲を説明するグラフであり、図3に示す衛星A乃至Bは、静止軌道上の互いに経度が異なる位置に配置されており、各衛星の軌道保持制御性能に依存してそれらのドリフト範囲には広狭があるものとする。図4は概ね日本国に設置した電波監視装置から見た静止軌道(ほぼ赤道上で高度3万km)を表わすグラフであり、14は方位角と仰角で表わした静止軌道を示している。図4において真南の方位角を180度、天頂方向の仰角を90度として定義している。静止軌道上から送信される電波の収集は、静止軌道に沿ってアンテナ指向方向を移動させることによって、アンテナの電波受信角度と受信スペクトラムを記録する。図3の衛星Bのように衛星軌道保持精度が悪くドリフトの大きい衛星の場合は、アンテナビーム幅が狭い時には正しく衛星から発射される電波を受信出来ない可能性があるため、衛星軌道の南北をカバーした帯状の領域をスキャンする必要がある。図5はスキャンパターンの一例を表わすグラフであり、図5において、15はアンテナビーム範囲であり、16はスキャンパターンを表わしており、このスキャンパターン14は、静止軌道14に沿う等速移動と静止軌道14上の点を中心とする円運動とを組み合せて同時に行わせたものとなっている。主鏡駆動機構8によりアンテナ主鏡1を静止軌道14に沿って線状に走査し、同時に、給電部駆動機構7により給電装置6がアンテナ主鏡1の焦点位置を中心とする所定半径の円周上を等速円運動するように上記XYステージを駆動させることによって、図5に示すスキャンパターン16が得られる。このようなスキャンパターンに基づくアンテナ駆動制御を行うことによって、ドリフトの大きい衛星から送信された電波を測定することができる。なお、主鏡駆動機構8のみを用いてアンテナ主鏡1を駆動することによっても、図5に示すスキャンパターンをトレースすることができるが、この場合には、給電部駆動機構7が不要となって部品点数を削減されるものの、反面、主鏡駆動機構8におけるモータ駆動負荷が大きくなり、さらには、保守作業の増大や信頼性低下といった問題が発生し得るものと考えられる。
Next, a scan pattern generated by the scan
図6は周波数帯の高い給電装置6を使用した場合のスキャンパターンを表わすグラフである。アンテナビーム幅は、一般にλ/D(λは波長、Dはアンテナ開口径)によって決まるため、高周波帯の給電装置6を用いるときにはアンテナビーム幅は狭くなる。図6に示すように、高周波数帯においてはビーム幅が狭まるため、使用する給電装置6のビーム幅に応じたスキャンパターンをスキャン条件生成装置10にて算出し、アンテナ制御装置9に指令することにより主鏡駆動機構8及び給電部駆動機構7の駆動速度等の設定を行う。換言すれば、スキャン条件生成装置10は、受信しようとする給電装置6が定められると、その給電装置6で使用する周波数帯に基づくアンテナビーム幅が設定され、そのビーム幅に基づいて、静止軌道14に沿う移動の速度と、静止軌道14上の1点を中心とする円運動の角速度とを設定することによりスキャンパターンを生成する。また、スキャン条件生成装置10が生成するスキャンパターンにおいて、静止軌道14上の1点を中心とする円運動の角速度は、使用する周波数帯(受信する周波数帯)によらず所定の値としておき、静止軌道14に沿う移動の速度を使用する周波数帯(受信する周波数帯)によって変化させるようにしてもよい。さらに、経度方向及び緯度方向の範囲を角度指定するパラメータを設けることにより、柔軟性のある電波監視を行うこともできる。以上のように、スキャン条件生成装置10は、経度方向の角度範囲と経度方向への移動の速度、緯度方向の角度範囲(円運動の半径により角度範囲が決まる)と緯度方向へ走査するための静止軌道14上の1点を中心とする円運動の角速度が設定されたスキャンパターンを生成して出力する。なお、ビーム条件生成装置10は、図5及び図6に示す静止軌道上の走査範囲(探索する緯度範囲及び経度幅)において用いる緯度及び経度の座標系から、図4に示す地球局のアンテナ座標系(方位角及び仰角)へ変換する機能を有するものとする。
FIG. 6 is a graph showing a scan pattern when the power supply device 6 having a high frequency band is used. Since the antenna beam width is generally determined by λ / D (λ is the wavelength and D is the antenna aperture diameter), the antenna beam width becomes narrow when the high-frequency band feeding device 6 is used. As shown in FIG. 6, since the beam width is narrow in the high frequency band, a scan pattern corresponding to the beam width of the power feeding device 6 to be used is calculated by the scan
また、図5及び図6に示すスキャンパターンは、静止軌道を挟んで、南緯側(図5及び図6においてマイナス緯度表示した側)から北緯側(図5及び図6においてプラス緯度表示した側)への移動に伴って生じる静止軌道との第1の交点と、その次に生じる北緯側から南緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第2の交点とのほぼ中点に、さらにその次に生じる南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第3の交点が生じるように生成されることによって、このようなスキャンパターンに基づいて、所定の経度範囲及び緯度範囲での衛星電波監視をほぼ全範囲において高速に行うことができるものである。 Further, the scan patterns shown in FIG. 5 and FIG. 6 are from the south latitude side (the side indicated by minus latitude in FIGS. 5 and 6) to the north latitude side (the side indicated by plus latitude in FIGS. 5 and 6) across the geostationary orbit. At the midpoint between the first intersection with the geostationary orbit that accompanies the movement to and the second intersection with the geostationary orbit that accompanies the movement from the north latitude side to the south latitude side that occurs next. Based on such a scan pattern, a predetermined longitude range and latitude range are generated by generating a third intersection with a geosynchronous orbit that occurs as the next shift from the south latitude to the north latitude occurs. Satellite radio wave monitoring can be performed at high speed in almost the entire range.
1 アンテナ主鏡
2 給電部
3 移動局
6 給電装置
9 アンテナ制御装置
10 スキャン条件生成装置
12 計測装置
16 スキャンパターン
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