JP5688749B2

JP5688749B2 - 観測システム

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Publication number: JP5688749B2
Application number: JP2009237973A
Authority: JP
Inventors: 荘司　洋三; 洋三荘司; 高山　佳久; 佳久高山; 守生豊嶋
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: JP2011085467A

Description

本発明は宇宙空間や地上の観測点で取得した画像や，電磁波，気象状況（温度，気圧，雨量，風速等）等の各種の観測データの正確な取得位置情報及び取得時刻情報をネットワークを介して遠隔の最終的な利用者装置で把握できるようにするための観測システムに関する。

一般的な観測システムでは，観測データを取得する装置と観測データを分析・利用する装置は異なる場所に位置しており，観測点において取得された観測データ（観測コンテンツ）が，何らかの伝送媒体を用いて観測データの利用者端末（分析装置等）まで届けられる。観測データの利用者が取得した信号の正確な取得位置と取得時間を知る手段としては，観測点に観測データを取得する装置とは別に位置情報を取得するためのＧＰＳ（Global Positioning System)装置のような位置認識のための装置を備えておき，そこから得た位置データや時刻データを観測データと共に観測データの利用者に知らせる方法を用いることができる。

近年，低軌道衛星または静止衛星において撮影した高解像度画像等の観測データを地上に伝送する地球観測に係わるアプリケーションが重要視されている一方で，観測データの正確な取得位置や取得時刻を衛星で分析して地上に設けられた利用者端末に転送することが望まれている。

一方，地上では位置情報および時刻情報を容易に知る手段としてＧＰＳ衛星からの電波を受信して解析して位置を識別する手段が，車両，船舶，航空機などの測位手段として広く実用化されており，今後宇宙空間での利用も期待される。

このような一般的なＧＰＳ受信機では既に位置情報として１０ｍ未満の精度が得られている一方で，特殊な用途ではキネマティックＧＰＳという名称で知られている搬送波の位相を追尾する高度な解析手段を用いることで，数ｃｍオーダでの，極めて精度の高い位置情報が得られることも知られている。

衛星を用いる観測システムでは，観測を行う衛星が地表の画像データなどの観測データを取得して保存し，その衛星が地上の受信装置と通信が可能な軌道上の位置で観測データを上記地上の受信装置に送信する方法が用いられる。また，低軌道衛星による観測の対象としては宇宙または地球からの電磁波情報が考えられる。

なお，宇宙だけでなく，地上通信で用いられる各種の電波（テレビ放送用の電波，携帯電話用の電波，等）の受信状況を監視（測定）するために地上の監視対象となる地域の複数地点に観測装置を設けて電磁波を検出する観測システムや，地上の各地域の気象状況を表すデータ（温度，気圧，雨量，風向，風速等）や，地震を含む物理的な変動のデータを観測するために各地点に気象状況や変動を検出するセンサを備えた観測装置を設けて収集する多数の観測システムが考えられる。

これらの観測システムでは，一般的に観測装置の設置場所と観測データの利用者端末（データを収集するセンタ装置）は異なる場所に位置しており，観測点において取得された観測データが何らかの伝送媒体を用いて観測データの利用者端末（データを収集して解析を行う装置）まで届けられる。観測データの利用者端末がそのデータの正確な取得位置と取得時刻を知る手段としては，観測点に観測データを取得する装置とは別に位置情報および時刻情報を取得する装置を備えて，そこで得た位置情報，時刻情報を観測データと共にデータ利用者に知らせる方法が考えられる。

移動体の位置情報や時刻情報を取得する技術としてはＧＰＳを用いる方法が知られている。その一例として図６に従来の移動体位置管理システムの例を示す（特許文献１参照）。図６では，移動体（車輛）８０に移動体端末８０Ａと無線通信装置８０Ｂとが搭載され，移動体端末８０ＡにＧＰＳ情報から移動体８０の位置を検出する位置検出手段（図示省略）と移動体の方位を検出する方位検出手段（図示省略）及び移動体の速度を検出する速度検出手段（図示省略）とを備え，方位検出手段で検出された方位の変位角が所定変位角よりも大きいと判定されると位置検出手段により検出された位置情報を無線通信装置８０Ｂからパケット通信網８２，専用回線８３を介して管理局８４へ送信すると，管理局８４ではルータ８５を介してサーバー８６で受信される。サーバー８６では受信された位置情報に基づいて地図上に車輛８０の移動軌跡を表示する。

特開２００４−２６５０４０号公報

宇宙分野における低軌道衛星を利用した観測システムでは，観測衛星がＧＰＳ受信装置を搭載することで，観測データの取得位置と取得時刻を把握することが可能と考えられるが，衛星が低軌道衛星の場合，衛星自身が高速（秒速７Ｋｍ以上）で移動するうえ姿勢変更や姿勢安定化のための機体のスピン運動を伴う。また，衛星に搭載するためには打ち上げ時の衝撃，宇宙線による影響，宇宙空間での温度変動に耐えるための装備や，重量の制限及び消費電力が制限される等の厳しい制約があるため，搭載可能な信号処理装置の能力には限りがあり，高度な信号処理を実現するための装置を搭載することが困難である。そのため，十分に高い信号処理能力が衛星に搭載できない場合，正確な観測データの実際の取得位置及び取得時刻と，ＧＰＳ信号から得られる位置情報及び時刻情報の間で大きな誤差が発生するという問題があった。

また，上記図６の特許文献１に開示された技術は，各移動体（車輛）にＧＰＳを搭載し，移動体の方位検出手段により検出した方位の変位角が所定角度より大きいことを検出するとＧＰＳを用いた位置検出手段で検出した位置情報をパケットで管理装置に送信し，管理装置で移動体の移動軌跡を表示するものであり，各移動体にＧＰＳ信号を解析して位置を検出する装置を搭載する必要があり，その解析装置も，カーナビゲーションに搭載したものと同様の一般的な精度を持つ装置であって位置情報の精度は高いものではない。

同様に，上記した電波の観測や，気象状況の観測等を行う地上に設けた各種の観測システムでは，電磁波を検出する装置や各種のセンサを搭載した観測装置で検出した観測データを取得して利用者端末（収集装置）に送信する場合に，高い精度の時間情報（観測データの取得時間）や位置情報を転送することが望まれるが，各観測装置に一般に利用されているＧＰＳ受信装置を搭載して解析しても，高精度の時間情報や位置情報を得ることは上記の衛星の場合と同様に難しい。

すなわち，地上の移動体や固定装置にＧＰＳ受信装置を備えた観測装置を多数設けて観測情報（画像や測定データ等）を遠隔の装置（管理装置等）で収集するシステムにおいても，観測情報取得時の位置や時刻を高い精度で得るには，観測装置の処理能力を向上するために高精度の回路構成を備える必要があり，消費電力が大きくなる等の各種の要因から多数の移動体や固定装置にそのような回路を設けることはコスト的にも困難であった。

また，観測装置により観測データ（画像や電磁波等）を取得させてＧＰＳ受信装置によりＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を処理して位置と時刻を求める処理を行う場合，ＧＰＳ受信装置による位置情報・時刻情報の取得に関わる信号処理は予め観測装置に搭載したＧＰＳ受信装置が内蔵する処理アルゴリズムにより実行されるが，観測装置が遠隔（例えば，衛星に搭載している場合）や，改修，交換が困難な場所に設置されている場合には，信号処理のアルゴリズムの更新および変更が容易ではない。

本発明は観測装置により取得した画像やデータ等の観測データの取得位置及び取得時刻の情報を観測装置にＧＰＳ信号の解析手段を搭載しないでも高い精度で遠隔に設けた利用者装置（信号分析装置）で分析することが可能な観測システムを提供することを目的とする。

また，観測装置が地球を周回する低軌道衛星やその他移動体に搭載された場合でも，画像や電磁波等の観測データの取得位置情報や取得時刻情報を利用者装置で高精度で分析することができる観測システムを提供することも目的とする。

更に，電波の観測や，気象状況，監視画像等の各種の観測データの取得を地上に設置した観測装置で行う場合にも同様に観測装置に解析手段を搭載しないでも利用者の解析装置により観測データを取得した位置情報と時刻情報を高精度で分析することができる観測システムを提供することも目的とする。

本発明の，画像，電磁波，気象状況等を表す観測データを取得する観測データ取得部を備えた観測装置から遠隔の信号解析装置に観測情報を転送する観測システムでは，観測装置に観測データ取得部の観測データ取得のタイミングと同期してＧＰＳ衛星からの電波を受信する１つ以上のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部と，受信したＧＰＳ信号を復調することなくアナログ信号波形をサンプリングして量子化することでデジタルデータ化する１つ以上のＡＤ変換部と，ＡＤ変換部が出力するデジタルデータ化されたＧＰＳ信号と観測データ取得部からの観測データとを関連付けて保存するデータ保存部と，データ保存部に保存したデータを送信するデータ送信部とを備え，データ送信部から送信されたデータを受信する前記信号解析装置は，観測データとデジタルデータ化されたＧＰＳ信号とを抽出して，上記デジタルデータ化されたＧＰＳ信号を解析することで，上記観測データの正確な取得位置情報と取得時刻情報を生成するように構成する。

また，地表の画像や宇宙の電磁波の観測情報を取得する観測データ取得部を備えた観測衛星により取得した信号を地上に設けた信号解析装置に転送する観測システムにおいて，観測衛星に観測データ取得部の観測データ取得のタイミングと同期してＧＰＳ衛星からの電波を受信する１つ以上のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部と，受信したＧＰＳ信号を復調することなく信号波形をサンプリングして量子化することでデジタルデータ化する１つ以上のＡＤ変換部と，ＡＤ変換部が出力するデジタルデータ化されたＧＰＳ信号と前記観測データ取得部からの観測データとを関連付けて保存するデータ保存部とを設け，上記データ保存部に保存したデータを無線または光通信により地上局に送信する保存データ送信部を備え，地上局とネットワークを介して接続される信号解析装置は，前記地上局とネットワークを経由して受信した前記保存データから前記デジタルデータ化されたＧＰＳ信号と観測データとを抽出して，デジタルデータ化されたＧＰＳ信号を解析することにより観測データを取得した正確な位置情報と時刻情報を求めるよう構成する。

なお，上記観測データ取得部が観測データを取得するタイミングは，地上局との通信によって，予約されたスケジュールに従うように制御部が与えるように構成してもよい。

更に，観測装置は，デジタルデータ化されたＧＰＳ信号と観測データとを一つ以上のパケットで構成されるフレームとして合成するデータ合成フレーム化部を備え，データ保存部は合成されたフレームを格納するよう構成する。

また，観測装置を３次元的に空間や一定地域に複数配置し，各観測装置で観測データを取得し，データ保存部にデジタル化されたＧＰＳ信号と観測データとを合成して保存し，上記複数の観測装置のデータ保存部のデータを信号解析装置に送信することにより高精度な位置情報と時刻情報に基づいた観測データの集中解析を行うよう構成する。

本発明によれば，観測装置を地上に設置しても衛星などの移動体に搭載した場合の何れでも，観測データの取得時点でＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号のアナログ信号をデジタル化して観測データと共に１つ以上のパケットで構成されるフレームデータに変換して保存し，必要な時にネットワークを介して遠隔の信号解析装置に送信するため，信号解析装置において高精度の信号処理を行うことが可能になり，上記信号解析装置は観測装置が得た観測データの正確な取得位置と取得時刻を知ることができると同時に，観測装置が装備する回路構成を小型・軽量化することができる。

また，観測装置を衛星に搭載して各種の観測データを取得する場合には，ＧＰＳ信号を解析する信号解析装置を地上に設置するため，衛星打ち上げ時の技術レベルや宇宙環境で利用可能な技術に制限されることなく，常に高度な計算能力を有する解析能力を有する解析装置が利用可能となり，高精度の観測データの取得位置情報と取得時刻情報を解析によって知ることができる。

更に，従来のようにＧＰＳ信号の解析装置が観測装置に搭載している場合には，新たなＧＰＳ信号の解析方法（解析プログラム）や，回路が開発されても，遠隔の観測装置（特に衛星に搭載された場合）の回路の交換や，新たな解析プログラムに更新することは困難であったが，そのような問題を解消することができる。

また，観測装置により取得したＧＰＳ信号をＡＤ変換すると共に，観測データ（コンテンツ信号）がアナログ信号であっても同様にＡＤ変換して，ＧＰＳ信号のデジタル信号と共に伝送することで，観測データの解析も高い処理能力を持つ解析装置により解析することが可能となり，観測データとＧＰＳ信号の両方のデータの精度（信頼度）を向上することができる。

本発明の観測システムの基本構成を示す図である。フレームの構成例を示す図である。衛星による宇宙の観測システムの説明図である。観測衛星の実施例の構成を示す図である。地上に設置した電磁波を観測する観測装置の実施例の構成を示す図である。従来の移動体位置管理システムの例を示す図である。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の観測システムの基本構成を示す図である。１は画像や電磁波等の観測データを取得して，本発明による加工処理を行って保存して信号解析装置に送信する観測装置，１０は複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信して周波数変換して中間周波数としてフィルタを通す等の処理を行うＧＰＳ信号受信用ＲＦ部，１１は観測画像や観測電磁波等を取得して観測データを生成する観測データ取得部，１２はＧＰＳ信号受信用ＲＦ部が出力する主に周波数変換が施されたＧＰＳ信号をデジタル信号に変換するＡＤ（アナログ・デジタル）変換部，１３は観測データ取得部がアナログ信号を出力する場合に，これをＡＤ変換するＡＤ変換部であり，観測データ取得部が直接デジタル信号を出力する場合には，このＡＤ変換部１３を使用しない。１４は２つのＡＤ変換部１２，１３からのデジタル信号を合成して決められたフォーマットの１つ以上のパケットから構成されるフレームに変換するデータ合成フレーム化部，１５はデータ合成フレーム化部１４から出力されるパケットを保存するメモリで構成するデータ保存部，１６はデータ保存部１５のパケットデータを通信回線を使用して送信する機能を有する保存データ送信部，１７は主に観測データの取得タイミングを与えると同時に，各部の動作タイミングを制御する制御部であるが，例えば通信回線を用いて外部からの信号を受信することで制御情報を更新するようにしてもよい。なお，図１ではＧＰＳ信号受信用ＲＦ部１０は１個だけ示すが，それぞれがアンテナを備えた複数のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部を設けるように構成することができる。

２は観測装置１からネットワークを経由して受信したパケットデータをネットワークを経由して受信して信号解析をする信号解析装置，２０は受信部，２１は受信フレームからデジタル化されたＧＰＳ信号と観測データ信号とを抽出するフレームデータ分離部，２２はデジタル化されたＧＰＳ信号を解析して時刻情報と位置情報を出力するＧＰＳ信号解析部，２３は観測データ（データ信号）を解析して出力（または保存）する観測データ解析部，２４は観測データ解析部２３で解析した観測データをＧＰＳ信号解析部２２で解析した時刻情報と位置情報と共に表示する観測データ表示部である。３はネットワークであり，観測装置１からの信号を受信する装置と信号解析装置２の通信路を形成するＩＰネットワークを含む各種のネットワークが含まれる。

観測装置１は衛星に搭載される場合と地上に設置（または地上を移動する移動体に設置）する場合の何れでもよく，ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部１０はこの観測装置１により受信が可能な複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を制御部１７が制御する観測データ取得部１１の駆動タイミングと同期して受信動作を実行する。現在利用可能なＧＰＳ信号は，主として１．５ＧＨｚ帯の周波数帯を用いた，スペクトル拡散（ＳＳ：Spread Spectrum)通信の一つであるＣＤＭＡ（符号分割多元接続：Code Division Multiple Access)信号であり，通常複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号が同じ周波数帯でＧＰＳ信号受信用ＲＦ部１０により受信される。これらの複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信した観測装置１内に設けられたＧＰＳ信号受信用ＲＦ部１０は，上記ＧＰＳ信号を搬送波周波数より低い中間周波数帯の信号に変換する。ＡＤ変換部１２は上記中間周波数帯に変換されたＧＰＳ信号をＡＤ変換することでデジタルデータに変換する。デジタルデータ化されたＧＰＳ信号はデータ合成フレーム化部１４へ供給される。また，観測データ取得部１１は内部に備える撮像装置（衛星または地上装置に搭載）によって撮影された画像情報や，観測対象である宇宙空間または地上からの電磁波等の観測データを出力する。観測データがアナログ信号である場合には，ＡＤ変換部１３でデジタル信号に変換されるが，観測データ取得部が直接デジタル信号を出力する場合にはむろんＡＤ変換部１３は不要であり，直接出力はデータ合成フレーム化部１４へ供給される。データ合成フレーム化部１４はデジタルデータ化されたＧＰＳ信号と観測データとを予め決められたフォーマットで合成した，１つ以上のパケットから構成されるフレームに変換する。なお，複数のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部１０を設けた場合，各ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部１０の出力はそれぞれに対応して設けたＡＤ変換部１２においてデジタル信号に変換され，データ合成フレーム化部１４で合成される。

図２は上記フレームの構成例である。ここでは，パケットとして地上で普及しているＩＰ（Internet Protocol)パケットを想定しているが，これに限られるものではない。図２に示す例では，フレームは複数のＩＰパケット（ａ，ｂ１，ｂ２，・・，ｂＮ）で構成され，各ＩＰパケットはＩＰヘッダ部とデータ部とから構成される。図２のａはフレームの先頭のＩＰパケットであり，そのデータ部にデジタルデータ化されたＧＰＳ信号が挿入されると同時に，併せてフレーム化する観測データと対応付けるための固有ＩＤ（この例ではＩＤ♯１）を含める。ｂ１は観測データを含むＩＰパケットであり，ａのパケットと関連付けられた固有ＩＤ（ＩＤ♯１）が観測データ♯１が付加される。観測データが１パケットに収まらない場合は，図２に示すように，複数のＩＰパケットが連続したフレームが構成される。図２の例では，１フレームの観測データを含むパケットが観測データ♯１〜観測データ♯ＮのＮ個であり，それぞれのデータ部の観測データにパケットａと関連付けられた固有ＩＤ（ＩＤ♯１）が付加されている。なお，複数パケットでフレームが構成される場合，観測データの分割数やシリアル番号に関わる情報を付加してもよい。なお，図２の例では，１つのフレームにデジタルデータ化されたＧＰＳ信号が１パケットだけ含まれているが，複数のデジタルデータ化されたＧＰＳ信号に対応する複数のパケットを含めるようにできることはいうまでもない。

データ合成フレーム化部１４で形成されたフレームはメモリで構成されるデータ保存部１５に保存される。データ保存部１５に保存されたデータは保存データ送信部１６が地上局と通信が可能な時間に，制御部１７による制御に従って地上局に送信される。送信される複数パケットで構成されるフレームは保存データ送信部１６で伝送媒体に適応した信号に変調される。伝送媒体としては，無線（マイクロ波や光信号）や，有線（観測装置が地上に設置されている時）を用いることができる。

信号解析装置２では受信部２０で上記伝送媒体に合わせて変調された送信データをまず復調し，フレームデータ分離部２１でフレームフォーマットに従って元のパケットが含むデジタルデータ化されたＧＰＳ信号と観測データとに分離して，ＧＰＳ信号解析部２２においてデジタルデータ化されたＧＰＳ信号から正確な位置情報と時刻情報を解析する。このデジタルデータ化されたＧＰＳ信号のパケットと同じＩＤを有するパケットの観測データについて観測データ解析部２３で解析を行う。ＧＰＳ信号の解析方法は，ＧＰＳ信号解析の公知の方法を採用することもできるが，上記したキネマティックＧＰＳと呼ばれる高度な信号処理を用いることもできる。観測データ表示部２４は観測データ解析部２３の解析により得られた観測データをＧＰＳ信号解析部２２により求めた取得時刻及び取得位置と関連付けて表示する。

次に本発明を衛星による観測に適用した実施例を図３，図４を用いて説明する。図３は衛星による宇宙の観測システムの説明図であり，図４は観測衛星の実施例の構成を示す。

図３において，５は地球，５０ａ〜５０ｄは複数の異なる軌道で地球を周回するように多数配置されたＧＰＳ衛星，５１は地球を周回しながら地上の画像を取得する，もしくは深宇宙または地上からの電磁波を観測（測定）して取得した信号を地上の信号解析装置に送信することを目的とする観測衛星，５１’は観測衛星が地上局との通信が可能な位置に移動した状態を表し，５２は地球上に設けられた地上ネットワーク，５３はは地上ネットワーク５２を構成する交換局もしくは通信ノード，５４は観測衛星との通信を行うための通信手段と地上ネットワーク５２を構成する交換局もしくは通信ノードを備えた地上局（アンテナを含む）である。５５は地上ネットワーク５２の一つの通信ノード５３に接続された信号解析装置である。なお，観測衛星５１に搭載された画像や電磁波を取得して送信する機能に関係する構成は図３では図示省略されている。

図３の宇宙の観測システムが備える観測衛星５１の構成を図４に示す。観測衛星５１は，地球上の様子または宇宙の画像をカメラにより撮影した画像や，宇宙空間で検出される電磁波を観測データとして取得し，その時点で観測衛星５１が受信する複数のＧＰＳ衛星からの受信信号をＡＤ変換して観測データの信号と合成してフレームデータに変換して保存する。保存したフレームデータは観測衛星５１がネットワーク５２の中の通信手段を持つ地上局５４と通信をすることが可能となる位置５１’に到達すると保存されたフレームデータが地上局５４に送信され，上記地上局５４は更にネットワーク５２を介して上記フレームデータを信号解析装置５５に中継送信する。信号解析装置５５は，受信したフレームデータからフレームフォーマットに従って元の観測データとデジタルデータ化されたＧＰＳ信号を復元・抽出する。上記デジタルデータ化されたＧＰＳ信号を解析することにより，観測データを取得した位置情報と時刻情報を高い精度で求めることができて，両者を関連付けた観測データの解析結果を表示することができる。

図４において，４は観測衛星（図３の５１）であり，４０はＧＰＳ信号デジタル化部であり，ＧＰＳ信号デジタル化部４０内の４１ａ〜４１ｄは４個設けられたＧＰＳ信号受信用ＲＦ(Radio Frequency) 部，４２ａ〜４２ｄは各ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部４１ａ〜４１ｄの出力が入力されてそれぞれの信号をＡＤ変換するＡＤ変換回路，４３は衛星から撮影した観測画像信号または，衛星の受信器で受信した観測対象となる深宇宙からの電磁波等の受信信号を観測データとして得る（観測画像または観測電磁波がアナログ信号の場合はデジタル化するための手段を内蔵）観測データ生成部であり，例えば，画像を取得するためのデジタルカメラや電磁波測定装置に相当する。４４はデータ合成フレーム化部，４５はデータを保存するメモリで構成されたデータ保存部，４６は保存データ送信部，４７は地上からの制御信号を受信することが可能な受信部，４８はトリガ出力のタイミングをスケジュールする制御部，４９はＧＰＳ信号デジタル化部４０のＧＰＳ信号デジタル化の動作及び観測データ生成部４３の観測データ生成動作に関わるトリガ信号を生成するトリガ信号生成部であり，制御部４８により制御される。

なお，図４では観測衛星４のＧＰＳ信号デジタル化部４０内の４個のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部４１ａ〜４１ｄがそれぞれのアンテナ４１０ａ〜４１０ｄから受信した複数のＧＰＳ衛星（図４では５０ａ〜５０ｃ）からのＧＰＳ信号を受信する。位置が異なる４つのアンテナ４１０ａ〜４１０ｄから受信するＧＰＳ信号は，その位置の応じて微妙に異なる。各ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部４１ａ〜４１ｄから出力された信号はそれぞれに対応して設けられたＡＤ変換回路４２ａ〜４２ｄへ入力されて，それぞれデジタルデータ化されてデータ合成フレーム化部４４に供給される。データ合成フレーム化部４４では，ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部４１ａ〜４１ｄで受信したＧＰＳ信号をデジタルデータ化した４つのデータと観測データ生成部４３からの観測データを合成してフレームを生成する。

また，複数の観測衛星が同様の構成によって観測データを収集する場合において，各衛星には別途上記衛星で互いに時刻同期を取得する手段を搭載しておき，各衛星が観測データ取得およびサンプリングなどのクロックタイミングについて時刻同期をとりながら観測データを取得保存するように構成しても良い。このような場合に，衛星が互いに時刻同期を取得する手段としては，時刻同期用の捕捉受信回路を伴うＧＰＳ信号受信機を搭載する他，専用の時刻同期用無線機を搭載する方法が考えられる。

図４の観測装置４が地球上を周回している時に，ＧＰＳ信号デジタル化部４０のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部４１ａ〜４１ｄはアンテナ４１０でＧＰＳ信号帯ｆ_GPSを受信する。この時のＧＰＳ電波は図４の例ではＧＰＳ衛星５０ａ〜５０ｃから受信された図４に(1) で示すような周波数帯（ｆ_GPS）である。各ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部４１ａ〜４１ｄのアンテナ４１０ａ〜４１０ｄから受信したＧＰＳ電波は，それぞれの増幅器４１１で増幅され，局部発振回路４１２からの周波数（ｆ_GPS −ｆ_IFもしくはｆ_GPS ＋ｆ_IF）（但し，ｆ_IFは低域周波数である中間周波数）の発振信号と混合部４１３で混合されて，帯域通過フィルタ４１４で不要な帯域の周波数成分が除去されることで，中間周波数ｆ_IFの周波数に変換される。この中間周波数ｆ_IFのＧＰＳ信号は，各ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部４１ａ〜４１ｄから対応するＡＤ変換回路４２ａ〜４２ｄにおいて中間周波数帯のＧＰＳ信号が直接サンプリングされ，量子化されてデジタル信号へ変換される。

なお，このＡＤ変換回路４２ａ〜４２ｄの動作周波数は，一般には入力信号の最高周波数成分の２倍以上のサンプリング周波数が必要とされる。従って非常に高速なサンプリング動作が期待できる場合には，むろんＧＰＳ信号受信用ＲＦ部４１における周波数変換は不要になる。また，入力信号が十分に帯域制限されている場合は，帯域サンプリングと呼ばれる公知の技術を利用できてサンプリング周波数を入力信号の最高周波数の２倍ではなく，帯域の２倍程度までサンプリング周波数を低下できることが知られており，その技術を使用することができる。具体的には，ＧＰＳ信号については周波数帯は１．５ＧＨｚ帯であるが，帯域幅自体は高々２ＭＨｚであり，高い動作周波数のＡＤ変換は必要でなく，５ＭＨｚや，１０ＭＨｚ程度の周波数のＡＤ変換であっても，ＧＰＳ信号をデジタルデータ化することができる。

このＧＰＳ信号デジタル化部４０によってＧＰＳ信号のデジタルデータ化する動作は，制御部４８の制御によってスケジュールされるトリガ信号生成部４９からのトリガ信号により駆動される。また，ＧＰＳ信号デジタル化部４０と観測データ生成部４３の駆動タイミングはトリガ信号生成部４９により同時刻に与えられる。

トリガ信号により観測データ生成部４３はデジタルカメラを搭載している場合は観測データである画像データを生成し，観測の対象が電磁波である場合は，その時に測定した電磁波のデータを生成する。電磁波はアナログ信号として検出されるため観測データ生成部４３に内蔵する図示省略されたＡＤ変換回路によりデジタルデータ化された後に出力される。

ＡＤ変換回路４２ａ〜４２ｄでデジタルデータ化されたＧＰＳ信号はデータ合成フレーム化部４４において観測データ生成部４３からの観測データと上記図２に示すように合成され上記図２に示す構成のフレームにフォーマット化され（但し，ＧＰＳ信号を含むパケットが複数個格納される），データ保存部４５に保存される。この後，この観測衛星４が地上局（図３の５４）と通信可能な位置に移動したタイミングで保存データ送信部４６によりデータ保存部４５からデータを読み出して送信する。

保存データ送信部４６から送信されたデータは，宇宙ネットワーク（図示省略された衛星間のネットワーク），宇宙−地上局ネットワーク（図３の観測衛星５１’と地上局５４間）及び地上ネットワーク（図３の５２）を介して観測データを解析する信号解析装置（図３の５５）まで転送される。信号解析装置では，上記図１の信号解析装置２について説明した構成により，受信したフォーマット化観測データから，デジタルデータ化されたＧＰＳ信号と観測データ信号とが抽出されて，観測データが解析されると同時に，デジタルデータ化されたＧＰＳ信号が解析されることで，上記観測データの正確な取得位置と取得時刻を解析により得ることが出来て，上記観測データと関連付けて表示することが可能になる。なお，４個のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部でそれぞれ受信されたＧＰＳ信号のデジタル化データが信号解析装置において抽出されて，分析することにより，高い精度の取得位置と取得時刻の解析を行うことが可能となる。

本発明は，地上の事象の観測システムに適用することができ，観測対象としては，ある地点における電磁波の受信状況や，気圧，雨量，風速等の気象状況等を観測するシステムとして構成することができる。

図５は地上に設置した電磁波を観測する観測装置の実施例の構成である。この図５の実施例では観測装置で電磁波を検出して分析する場合の例である。

図５において，６は地上観測装置，５０ａ〜５０ｃは地球を周回する多数のＧＰＳ衛星のうち，送信されるＧＰＳ信号が受信可能なものを示しており，６０はＧＰＳ信号受信用ＲＦ部，６１は電波観測用ＲＦ部，６２は加算器，６３はＡＤ変換回路，６４はデータ合成フレーム化部，６５はデータ保存部，６６は保存データ送信部，６７は制御部，６８はトリガ信号生成部である。図５の実施例では，ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部６０は１個だけ設けているが，上記図４の実施例のように複数のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部を設けることができることはいうまでもない。

図５の構成では，電波観測用ＲＦ部６１が制御部６７のスケジュールに従って発生するトリガ信号生成部６８からのトリガ信号により駆動されると，図５の(2) で示すような観測電波（高周波であるf_RFを中心周波数とする帯域）を観測する場合，アンテナ６１１で受信された電波は増幅器６１２で増幅後，混合器６１４において局部発振回路６１３からの周波数ｆ＝f _RF−ｆ_IF2 もしくはf _RF＋ｆ_IF2 （ｆ_IF2 は観測電波用の中間周波数とする）と混合（乗算）され，帯域通過フィルタ６１５を通過した後，中間周波数ｆ_IF2 の信号が出力されて，加算器６２に供給される。

一方，トリガ信号生成部６８からのトリガ信号により電波観測用ＲＦ部６１と同時に駆動されるＧＰＳ信号受信用ＲＦ部６０でも，上記図４のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部４１と同様の構成により，複数のＧＰＳ衛星５０ａ〜５０ｃから送信された図５の(1) に示すＧＰＳ信号（周波数ｆ_GPS ）を受信すると，増幅器６０２で増幅し，局部発振回路６０３から発生する周波数ｆ（＝ｆ_GPS −ｆ_IF1もしくはｆ_GPS ＋ｆ_IF1 ：ｆ_IF1は中間周波数）と混合器６０４で混合（乗算）され，さらに帯域通過フィルタ６０５を通過することで，中間周波数ｆ_IF1 のＧＰＳ信号が発生して，加算器６２において観測電波を含む中間周波数ｆ_IF2と加算される。ＧＰＳ信号の中間周波数ｆ_IF1 と観測電波のｆ_IF2 は図５の(3) に示すように互いにスペクトラムが干渉しないように配置されており, 加算器６２から出力した２つの中間周波数の信号はＡＤ変換回路６３で信号波形をサンプリングして量子化することによりＡＤ変換され，２つのデジタル信号はデータ合成フレーム化部６４で定められたフレームフォーマットでフレームデータに変換され，データ保存部６５に保存される。即ち，観測電波の情報とＧＰＳ信号の情報が併せてＡＤ変換されてデジタル化されたフレームデータが形成される。

データ保存部６５のデータは制御部６７により制御される保存データ送信部６６の動作で読み取られて送信される。保存データ送信部６６は，有線または無線によりネットワーク（図示省略）を介して信号解析装置（図１の２）に転送される。転送されたＧＰＳ信号を含むデジタル化された観測電波データは，上記図１の信号解析装置２に示す構成におけるフレームデータ分離部２１によってデジタルデータ化されたＧＰＳ信号とデジタルデータ化された観測電波に分離され，デジタルデータ化されたＧＰＳデジタル信号を信号解析すると同時にデジタルデータ化された観測電波を解析することで，観測電波の高精度な取得位置情報及び取得時刻情報を関連付けた観測電波の解析結果を得ることができる。

３次元的な一空間内もしくは，地域内における放送電波や，携帯電話の電波の受信状況（伝搬状況）をモニタリングすることを目的として，図５に示した地上観測装置６を上記空間もしくは地域に複数個配置し，複数の地上観測装置６のそれぞれが測定した電磁波の測定データを，それぞれの測定データを取得時のデジタルデータ化されたＧＰＳ信号のデジタルデータと共に，信号解析装置に転送させることにより，信号解析装置は複数箇所の受信電波状況を総合的に信号処理することで，対象とする空間や地域における電磁波の発生状況を，効率よく高い精度で解析することができる。すなわち，複数の観測装置のデータ保存部のデータを一つの信号解析装置に送信させることにより観測データとＧＰＳ信号の集中解析を効率的に行うことが可能となる。

１観測装置
１０ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部
１１観測データ取得部
１２ＡＤ変換部
１３ＡＤ変換部
１４データ合成フレーム化部
１５データ保存部
１６保存データ送信部
１７制御部
２信号解析装置
２０受信部
２１フレームデータ分離部
２２ＧＰＳ信号解析部
２３観測データ解析部
２４観測データ表示部
３ネットワーク

Claims

地上において取得した電磁波を観測データとして取得する電波観測用ＲＦ部を備える観測装置が，前記観測装置により取得した観測データを地上に設けた信号解析装置に転送する観測システムにおいて，
前記観測装置に前記電波観測用ＲＦ部の観測データ取得のタイミングと同期してＧＰＳ衛星の電波を受信する１つ以上のＧＰＳ信号受信用ＲＦ部と，
前記ＧＰＳ信号受信用ＲＦ部が受信したＧＰＳ信号と前記電波観測用ＲＦ部からの受信信号をそれぞれ互いに干渉しない中間周波数帯に変換して，復調することなく加算する加算部と，前記加算部の出力をＡＤ変換するＡＤ変換部と，前記ＡＤ変換部が出力するデジタルデータを保存するデータ保存部と，
前記データ保存部に保存したデータを送信する保存データ送信部とを備え，
前記観測装置とネットワークを介して接続される信号解析装置は，前記観測装置から前記ネットワークを経由して受信した前記データ保存部から前記デジタルデータ化されたＧＰＳ信号と前記観測データとを抽出し，デジタルデータ化されたＧＰＳ信号を解析することにより観測データを取得した正確な位置情報と時刻情報を求めることを特徴とする観測システム。