JP7026300B2 - Spatial optical communication device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、宇宙空間を周回する人工衛星などの宇宙機と光通信を行う空間光通信装置に関する。 The present invention relates to a space optical communication device that performs optical communication with a spacecraft such as an artificial satellite that orbits outer space.

近年、宇宙空間において地球周回軌道を周回する人工衛星等の宇宙機により、地球上の地上局と光衛星通信を行う研究が進められている。この光衛星通信は、大容量データ伝送が可能であり、かつ、軽量で小型なシステム構成で実現でき、電波と比較して干渉が少ない等の利点があることから、今後の宇宙通信を担う技術として注目されている。 In recent years, research has been conducted on optical satellite communication with ground stations on the earth using spacecraft such as artificial satellites that orbit the earth in outer space. This optical satellite communication is capable of large-capacity data transmission, can be realized with a lightweight and compact system configuration, and has advantages such as less interference than radio waves, so it is a technology that will be responsible for future space communication. It is attracting attention as.

宇宙-地上間光空間伝送は、その伝送区間を雲にブロッキングされないようにするため、雲が存在しない空間(地球大気下)で行われる。一方、宇宙機から地上局へ向けて送信されるダウンリンクが大気擾乱の影響を受け、受信側で受光可能な電力が減少して通信品質が低下し、最悪の場合、バースト的に情報が失われることがある。このため、大気の影響を抑制することが可能な何らかの補償技術が必要となる。 Space-ground optical space transmission is performed in a cloud-free space (under the Earth's atmosphere) so that the transmission section is not blocked by clouds. On the other hand, the downlink transmitted from the spacecraft to the ground station is affected by atmospheric disturbance, the power that can be received on the receiving side decreases, the communication quality deteriorates, and in the worst case, information is lost in a burst. May be struck. Therefore, some kind of compensation technology that can suppress the influence of the atmosphere is required.

このような問題を解消するため、例えば特許文献1には、人工衛星から出射された受信光波を集光すると共に人工衛星へ向けて出射される送信光波の伝播経路を含む空間を伝播した経路伝播光を望遠鏡により集光し、集光された受信光波及び経路伝播光の波面歪に基づいて、大気の揺らぎやフェージングの影響を加味した送信光波の伝播経路の角度を算出し、当該角度で送信光波が人工衛星へ到達するように望遠鏡の可変形鏡を制御する空間光通信装置が開示されている。 In order to solve such a problem, for example, Patent Document 1 describes path propagation in a space including a propagation path of a transmitted light wave emitted toward an artificial satellite while condensing the received light wave emitted from the artificial satellite. Light is focused by a telescope, and the angle of the propagation path of the transmitted light wave, which takes into account the effects of atmospheric fluctuations and fading, is calculated based on the wavefront distortion of the collected received light wave and path propagating light, and is transmitted at that angle. A spatial optical communication device that controls a variable mirror of a telescope so that a light wave reaches an artificial satellite is disclosed.

特開2018-121281号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-12281

一方、光空間伝送には高出力レーザが使用されるため、航空機等の飛翔体が伝送区間を通過する際は、地上からのレーザの送信を停止させて航空・宇宙相互の安全を確保する調和的運用が必要とされる。しかし現状では、監視員が目視にて上空を監視し、伝送区間への飛翔体の接近を確認した時点でレーザの送信を停止させる運用が主流であるため、飛翔体の監視及び送信の停止を連携して自動的に行うことができるシステムの構築が求められている。 On the other hand, since a high-power laser is used for optical space transmission, when a flying object such as an aircraft passes through the transmission section, the transmission of the laser from the ground is stopped to ensure mutual safety between aerospace and aerospace. Operation is required. However, at present, the mainstream operation is to stop the laser transmission when the observer visually monitors the sky and confirms that the flying object is approaching the transmission section. Therefore, the monitoring and transmission of the flying object should be stopped. There is a need to build a system that can be linked and automatically performed.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、飛翔体の監視及びレーザ送信の停止を自動的に行うことができる空間光通信装置を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a spatial optical communication device capable of automatically monitoring a flying object and stopping laser transmission.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る空間光通信装置は、送信部と、受信部と、監視ユニットと、ビームモニタと、制御部とを具備する。
前記送信部は、宇宙機へ向けて第1レーザ光を送信する。
前記受信部は、前記宇宙機から送信される第2レーザ光を受信する。
前記監視ユニットは、前記第1レーザ光の出射方向上空を飛行する飛翔体を監視する。
前記ビームモニタは、前記第1レーザ光の前記送信部からの出射方向を検出する。
前記制御部は、前記ビームモニタの出力に基づいて前記第1レーザ光の周囲を区画する第1監視領域を設定し、前記監視ユニットの出力に基づいて前記飛翔体の前記第1監視領域への進入を判定したときに前記第1レーザ光の送信を停止させる制御信号を生成する。
In order to achieve the above object, the spatial optical communication device according to one embodiment of the present invention includes a transmitting unit, a receiving unit, a monitoring unit, a beam monitor, and a control unit.
The transmission unit transmits the first laser beam toward the spacecraft.
The receiving unit receives the second laser beam transmitted from the spacecraft.
The monitoring unit monitors a flying object flying over the emission direction of the first laser beam.
The beam monitor detects the emission direction of the first laser beam from the transmitting unit.
The control unit sets a first monitoring area for partitioning the periphery of the first laser beam based on the output of the beam monitor, and based on the output of the monitoring unit, the flying object is transferred to the first monitoring area. When the approach is determined, a control signal for stopping the transmission of the first laser beam is generated.

上記空間光通信装置によれば、第1レーザ光と飛翔体との相対位置を監視し、第1レーザ光に飛翔体が所定以上接近したときは第1レーザ光の出射を停止させる一連の制御を自動的に行うことができる。 According to the space optical communication device, a series of controls for monitoring the relative position between the first laser beam and the flying object and stopping the emission of the first laser beam when the flying object approaches the first laser beam more than a predetermined value. Can be done automatically.

前記制御部は、前記飛翔体が前記送信部から遠ざかるほど前記第1監視領域を広く設定するように構成されてもよい。 The control unit may be configured to set the first monitoring area wider as the flying object moves away from the transmission unit.

前記空間光通信装置は、警報器をさらに具備してもよい。前記制御部は、前記第1監視領域の周囲を区画する第2監視領域をさらに設定し、前記飛翔体の前記第2監視領域への進入を判定したときに前記警報器を発動させる制御信号を生成してもよい。 The spatial optical communication device may further include an alarm. The control unit further sets a second monitoring area that partitions the periphery of the first monitoring area, and outputs a control signal for activating the alarm when the flying object is determined to enter the second monitoring area. It may be generated.

前記ビームモニタは、前記第1レーザ光の大気での散乱光を撮影するカメラユニットを有し、前記カメラユニットは、所定の角度で相互に交差する2つの方向から観察した前記散乱光の画像を取得するように構成されてもよい。 The beam monitor has a camera unit that captures the scattered light of the first laser beam in the atmosphere, and the camera unit captures an image of the scattered light observed from two directions intersecting each other at a predetermined angle. It may be configured to acquire.

前記監視ユニットは、監視距離がそれぞれ異なる複数の監視装置を含んでもよい。 The monitoring unit may include a plurality of monitoring devices having different monitoring distances.

前記監視ユニットは、熱赤外線カメラ、レーダー装置、あるいは、前記飛翔体から送信される識別情報を受信する受信装置を含んでもよい。 The monitoring unit may include a thermal infrared camera, a radar device, or a receiving device that receives identification information transmitted from the projectile.

前記空間光通信装置は、前記第1レーザ光、前記飛翔体及び前記第1監視領域の相対位置関係を表示することが可能な表示部をさらに具備してもよい。 The space optical communication device may further include a display unit capable of displaying the relative positional relationship between the first laser beam, the flying object, and the first monitoring region.

前記空間光通信装置は、前記第2レーザ光を受光する受光面を有し、前記第2レーザ光の伝播経路上における大気に揺らぎを検出するシーイングモニタをさらに具備し、前記制御部は、前記シーイングモニタの出力に基づいて、前記第1監視領域の広さを設定するように構成されてもよい。 The space optical communication device has a light receiving surface that receives the second laser beam, and further includes a seeing monitor that detects fluctuations in the atmosphere on the propagation path of the second laser beam, and the control unit is the control unit. It may be configured to set the size of the first monitoring area based on the output of the seeing monitor.

前記空間光通信装置は、前記第2レーザ光の受光強度を検出する受光強度モニタをさらに具備し、前記制御部は、前記受光強度モニタの出力に基づいて、前記第1レーザ光の拡がり角及びパワーを制御する制御信号を生成するように構成されてもよい。 The space optical communication device further includes a light receiving intensity monitor for detecting the light receiving intensity of the second laser beam, and the control unit has a spread angle of the first laser beam and a light receiving intensity monitor based on the output of the light receiving intensity monitor. It may be configured to generate a control signal that controls the power.

本発明によれば、空間光通信装置は、飛翔体の監視及びレーザ送信の停止を自動的に行うことができる。 According to the present invention, the space optical communication device can automatically monitor the flying object and stop the laser transmission.

本発明の一実施形態に係る空間光通信装置を含む空間光通信システムを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the space optical communication system which includes the space optical communication apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 上記空間光通信装置における送信部の一構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows one configuration example of the transmission part in the said space optical communication apparatus. 宇宙機から空間光通信装置へ送信されるダウンリンク(第2レーザ光)の大気の揺らぎによる影響を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the influence by the fluctuation of the atmosphere of the downlink (second laser beam) transmitted from a spacecraft to a space optical communication device. 上記空間光通信装置におけるシーイングモニタの一構成例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows one configuration example of the seeing monitor in the said space optical communication apparatus. 上記シーイングモニタの受光面における第2レーザ光の結像画像を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the image formation image of the 2nd laser beam on the light receiving surface of the seeing monitor. 上記空間光通信装置における受光強度モニタの一構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one configuration example of the light receiving intensity monitor in the said space optical communication apparatus. 宇宙機へ向けて送信されるアップリンク(第1レーザ光)のビームワンダリング現象を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the beam wandering phenomenon of the uplink (first laser beam) transmitted to a spacecraft. 上記空間光通信装置におけるビームモニタの一構成例を示す図である。It is a figure which shows one configuration example of the beam monitor in the said space optical communication apparatus. 上記ビームモニタの構成の説明図である。It is explanatory drawing of the structure of the said beam monitor. 上記ビームモニタの作用を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the said beam monitor. 上記ビームモニタの他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other configuration example of the said beam monitor. 上記空間光通信装置における制御部の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the control part in the said space optical communication apparatus. 上記制御部において実行されるビーム制御モードの処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure of the beam control mode executed in the said control unit. 上記空間光通信装置における監視ユニットの取得画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the acquisition image of the monitoring unit in the said space optical communication apparatus. 上記空間光通信装置における監視ユニットからの出力信号に基づいて設定される第1監視領域及び第2監視領域A2の概念図である。It is a conceptual diagram of the 1st monitoring area and the 2nd monitoring area A2 set based on the output signal from the monitoring unit in the space optical communication device. 上記第1監視領域及び第2監視領域の説明図である。It is explanatory drawing of the 1st monitoring area and the 2nd monitoring area. 監視モードの実行時における空間光通信装置の各部の動作を時系列的に示すシーケンス図である。It is a sequence diagram which shows the operation of each part of a space optical communication apparatus in time series at the time of execution of a monitoring mode. 上記制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure of the said control part. 上記制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure of the said control part. 上記制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure of the said control part. 上記制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure of the said control part.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る空間光通信システム100を示す概略構成図である。空間光通信システム100は、空間光通信装置Gと、宇宙機Sとを含み、空間光通信装置Gと宇宙機Sとの間で光通信(衛星通信)を行う。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a spatial optical communication system 100 according to an embodiment of the present invention. The space optical communication system 100 includes a space optical communication device G and a spacecraft S, and performs optical communication (satellite communication) between the space optical communication device G and the spacecraft S.

宇宙機Sは、典型的には、人工衛星、宇宙ステーションなどの宇宙空間を移動可能な通信機能を有する構造体を意味する。人工衛星は、静止軌道(GEO:Geostationary Earth Orbit)を周回する静止衛星のほか、地球の自転周期とは無関係に地球低軌道(LEO:Low Earth Orbit)や中軌道(MEO:Medium Earth Orbit)、さらには深宇宙等を飛翔する人工衛星などを含む。すなわち宇宙機Sの地表からの高度は特に制限されない。人工衛星は、典型的には気象衛星や通信衛星などであるが、いかなる目的に基づいて打ち上げられたものであってもよい。 Spacecraft S typically means a structure having a communication function capable of moving in outer space, such as an artificial satellite or a space station. Artificial satellites include geostationary orbits (GEO: Geostationary Earth Orbit), as well as low earth orbit (LEO) and medium earth orbit (MEO), regardless of the rotation period of the earth. Furthermore, it includes artificial satellites that fly in deep space. That is, the altitude of the spacecraft S from the ground surface is not particularly limited. The artificial satellite is typically a meteorological satellite, a communication satellite, or the like, but may be launched for any purpose.

[空間光通信装置]
空間光通信装置Gは、宇宙機Sとの間で光空間伝送を行う地上局として構成される。空間光通信装置Gは、宇宙機Sから送信される光信号(ダウンリンク)を受信する、あるいは、宇宙機Sとの間で光信号を送受信するための望遠鏡10を備える。本実施形態において望遠鏡10は、主として、宇宙機Sから送信されるダウンリンク(第2レーザ光L2)を受信する受信部として構成される。
[Spatial optical communication device]
The space optical communication device G is configured as a ground station that performs optical space transmission with the spacecraft S. The space optical communication device G includes a telescope 10 for receiving an optical signal (downlink) transmitted from the spacecraft S or transmitting and receiving an optical signal to and from the spacecraft S. In the present embodiment, the telescope 10 is mainly configured as a receiving unit that receives the downlink (second laser beam L2) transmitted from the spacecraft S.

第2レーザ光L2は、連続レーザであってもよいし、パルスレーザであってもよい。第2レーザ光L2は、典型的には赤外光であり、その波長は、例えば、1550nm、あるいは1064nmである。 The second laser beam L2 may be a continuous laser or a pulse laser. The second laser beam L2 is typically infrared light having a wavelength of, for example, 1550 nm or 1064 nm.

望遠鏡10は、地上に設置された基台11に設置される。基台11は、望遠鏡10の姿勢を調整する調整機構11aを有し、望遠鏡10は、宇宙機Sを追尾可能に基台11に支持される。基台11は、予報値に従って宇宙機Sを追尾するように望遠鏡10の光軸の方位及び/または仰角を制御する。予報値とは、宇宙機Sの軌道から計算される宇宙機Sの空間座標であり、基台11の設置場所から宇宙機Sまでの空間伝送路の第1レーザ光L1または第2レーザ光L2の波長における屈折率を考慮したものであってもよい。 The telescope 10 is installed on a base 11 installed on the ground. The base 11 has an adjustment mechanism 11a for adjusting the attitude of the telescope 10, and the telescope 10 is supported by the base 11 so as to be able to track the spacecraft S. The base 11 controls the orientation and / or elevation angle of the optical axis of the telescope 10 so as to track the spacecraft S according to the forecast value. The predicted value is the space coordinate of the spacecraft S calculated from the orbit of the spacecraft S, and is the first laser beam L1 or the second laser beam L2 of the space transmission path from the installation location of the base 11 to the spacecraft S. The refractive index at the wavelength of the above may be taken into consideration.

望遠鏡10の口径は特に限定されず、例えば、30cm~10mである。望遠鏡10の開口は単数に限られず、複数であってもよい。望遠鏡10は、集光した第2レーザ光L2を電気信号に変換し、受信情報の解析等の所定の信号処理を施す信号処理部(図示せず)を有する。 The aperture of the telescope 10 is not particularly limited, and is, for example, 30 cm to 10 m. The opening of the telescope 10 is not limited to a single number, and may be a plurality of openings. The telescope 10 has a signal processing unit (not shown) that converts the focused second laser beam L2 into an electric signal and performs predetermined signal processing such as analysis of received information.

なお空間光通信装置Gは、地上局として構成される例に限られず、車両や船舶、航空機等の移動体に搭載されてもよい。また、空間光通信装置Gは、ゲートウェイや地上に設置された地上通信ネットワーク、車両、船舶、航空機等をはじめとした通信体と接続されてもよい。この場合、上記ゲートウェイや地上通信ネットワーク、通信体等は、空間光通信装置Gを介して、宇宙機Sとの間で光信号の送受信を行う。 The space optical communication device G is not limited to the example configured as a ground station, and may be mounted on a moving body such as a vehicle, a ship, or an aircraft. Further, the space optical communication device G may be connected to a communication body such as a gateway, a terrestrial communication network installed on the ground, a vehicle, a ship, an aircraft, or the like. In this case, the gateway, the terrestrial communication network, the communication body, and the like transmit and receive optical signals to and from the spacecraft S via the space optical communication device G.

空間光通信装置Gは、送信部20と、シーイングモニタ31と、受光強度モニタ32と、ビームモニタ33と、制御部40と、監視ユニット60とを備える。
送信部20は、宇宙機Sへ向けて送信される第1レーザ光L1を出射する。シーイングモニタ31は、宇宙機Sから送信される第2レーザ光L2に基づいて、第2レーザ光L2の伝播経路上における大気の状態(あるいは当該大気の状態を反映したビーム位置情報)を検出する。受光強度モニタ32は、第2レーザ光L2の受光強度を検出する。ビームモニタ33は、第1レーザ光L1の出射方向を検出する(本実施形態では後述するように、ビームワンダの影響を受けたビーム出射角度(方位、仰角)を検出するために、第1レーザ光L1の散乱光L1sをモニタする)。監視ユニット60は、第1レーザ光L1の出射方向上空を飛行する飛翔体を監視する。制御部40は、予報値に従って宇宙機Sを追尾可能に望遠鏡10の光軸の方位、仰角を制御する。制御部40は、シーイングモニタ31、受光強度モニタ32、ビームモニタ33及び監視ユニット60の出力に基づいて送信部20を制御する。
The spatial optical communication device G includes a transmission unit 20, a seeing monitor 31, a light receiving intensity monitor 32, a beam monitor 33, a control unit 40, and a monitoring unit 60.
The transmission unit 20 emits the first laser beam L1 transmitted toward the spacecraft S. The seeing monitor 31 detects the atmospheric state (or beam position information reflecting the atmospheric condition) on the propagation path of the second laser beam L2 based on the second laser beam L2 transmitted from the spacecraft S. .. The light receiving intensity monitor 32 detects the light receiving intensity of the second laser beam L2. The beam monitor 33 detects the emission direction of the first laser beam L1 (as will be described later in this embodiment, the first laser is used to detect the beam emission angle (direction, elevation angle) affected by the beam wonder. Monitor the scattered light L1s of the light L1). The monitoring unit 60 monitors a flying object flying over the emission direction of the first laser beam L1. The control unit 40 controls the direction and elevation angle of the optical axis of the telescope 10 so that the spacecraft S can be tracked according to the forecast value. The control unit 40 controls the transmission unit 20 based on the outputs of the seeing monitor 31, the light receiving intensity monitor 32, the beam monitor 33, and the monitoring unit 60.

(送信部)
送信部20は、アップリンク用の第1レーザ光L1を生成するレーザ光源を有する。第1レーザ光L1は、主として、宇宙機Sのダウンリンクを空間光通信装置Gへ向けて出射させるための誘導光として機能する。第1レーザ光L1は、連続レーザであってもよいし、パルスレーザであってもよい。第1レーザ光L1は、典型的には赤外光であり、その波長は、例えば、1550nmあるいは1064nmである。第1レーザ光L1の拡がり角、パワーも特に限定されず、例えば、拡がり角が50μrad~1mrad、パワーが1W~数10kW(例えば、50kW)である。
(Sender)
The transmission unit 20 has a laser light source that generates a first laser beam L1 for uplink. The first laser beam L1 mainly functions as guided light for emitting the downlink of the spacecraft S toward the space optical communication device G. The first laser beam L1 may be a continuous laser or a pulse laser. The first laser beam L1 is typically infrared light, the wavelength of which is, for example, 1550 nm or 1064 nm. The spread angle and power of the first laser beam L1 are not particularly limited, and for example, the spread angle is 50 μrad to 1 rad, and the power is 1 W to several tens of kW (for example, 50 kW).

送信部20は、望遠鏡10の外周部に取り付けられることで、望遠鏡10と一体的に基台11に対して相対移動可能に構成される。送信部20における第1レーザ光L1の出射光軸は、望遠鏡10の光軸と平行に設置される。本実施形態では、多連のレーザ出射ユニットを有し、各々のレーザ出射ユニットが宇宙機Sへ向けて第1レーザ光L1を出射するように構成される。なお勿論、レーザ出射ユニットは複数である場合に限られず、単数であってもよい。また、送信部20は、望遠鏡10の外周部に取り付けられる例に限られず、望遠鏡10の内部に配置されてもよい。 By attaching the transmission unit 20 to the outer peripheral portion of the telescope 10, the transmission unit 20 is configured to be integrally movable with the telescope 10 with respect to the base 11. The optical axis of the first laser beam L1 in the transmission unit 20 is installed in parallel with the optical axis of the telescope 10. In the present embodiment, there are multiple laser emitting units, and each laser emitting unit is configured to emit the first laser beam L1 toward the spacecraft S. Of course, the number of laser emitting units is not limited to a plurality, and may be a single number. Further, the transmission unit 20 is not limited to the example of being attached to the outer peripheral portion of the telescope 10, and may be arranged inside the telescope 10.

図2は、送信部20の一構成例を示す概略図である。送信部20は、ケーシング21と、複数(本例では2つ)のレーザ出射ユニット22とを有する。レーザ出射ユニット22は、ケーシング21の内部に配置され、レーザ光源221、レンズユニット222、出射ミラー223、シャッタ224等をそれぞれ有する。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of the transmission unit 20. The transmission unit 20 has a casing 21 and a plurality of (two in this example) laser emission units 22. The laser emission unit 22 is arranged inside the casing 21, and has a laser light source 221, a lens unit 222, an emission mirror 223, a shutter 224, and the like, respectively.

ケーシング21は、望遠鏡10の外周部に固定される。ケーシング21の光出射面には、各レーザ出射ユニット22から出射する第1レーザ光L1を透過させる窓部21W(図1参照)が設けられる。レーザ光源221は、第1レーザ光L1を出射するレーザダイオードであり、レンズユニット222は、レーザ光源221からの出射光の拡がり角を任意に調整可能な複数のレンズを含む。レンズユニット222には、典型的にはビームエクスパンダと呼ばれるレンズユニットを用いることができる。出射ミラー223は、レンズユニット222からの出射光を窓部21Wへ導く複数のミラー素子を含む。当該複数のミラーは、典型的には、窓部21Wからの第1レーザ光L1の出射角をその光軸に関して相互に直交する2軸方向について個々に調整可能な複数の可変ミラーを含む。シャッタ224は、レーザ光の出射経路の任意の位置に配置され、レーザ光源221からの出射光を遮蔽可能に構成される。 The casing 21 is fixed to the outer peripheral portion of the telescope 10. A window portion 21W (see FIG. 1) for transmitting the first laser beam L1 emitted from each laser emitting unit 22 is provided on the light emitting surface of the casing 21. The laser light source 221 is a laser diode that emits the first laser beam L1, and the lens unit 222 includes a plurality of lenses that can arbitrarily adjust the spread angle of the emitted light from the laser light source 221. As the lens unit 222, a lens unit typically called a beam expander can be used. The emission mirror 223 includes a plurality of mirror elements that guide the emission light from the lens unit 222 to the window portion 21W. The plurality of mirrors typically includes a plurality of variable mirrors in which the emission angle of the first laser beam L1 from the window portion 21W can be individually adjusted in two axial directions orthogonal to each other with respect to the optical axis. The shutter 224 is arranged at an arbitrary position in the emission path of the laser beam, and is configured to be able to shield the emission light from the laser light source 221.

送信部20は、各レーザ光源221へ電力を供給する駆動回路23と、各レーザ光源221へ供給される電流値を調整する増幅器24とをさらに有する。レーザ出射ユニット22、駆動回路23及び増幅器24は、後述する制御部40からの指令に基づいて個々に制御されることが可能に構成される。 The transmission unit 20 further includes a drive circuit 23 that supplies electric power to each laser light source 221 and an amplifier 24 that adjusts the current value supplied to each laser light source 221. The laser emission unit 22, the drive circuit 23, and the amplifier 24 can be individually controlled based on a command from the control unit 40, which will be described later.

(シーイングモニタ)
シーイングモニタ31は、宇宙機Sから空間光通信装置Gへ向けて送信される第2レーザ光L2の伝播経路上における大気の状態を検出する。本実施形態では、大気の状態を反映した第2レーザ光L2のビームポジションを位置情報として検出するため、シーイングモニタ31として、DIMM(Differential Image Motion Monitor)が採用される。
(Seeing monitor)
The seeing monitor 31 detects the state of the atmosphere on the propagation path of the second laser beam L2 transmitted from the spacecraft S to the space optical communication device G. In the present embodiment, a DIMM (Differential Image Motion Monitor) is adopted as the seeing monitor 31 in order to detect the beam position of the second laser beam L2 reflecting the state of the atmosphere as position information.

ここで、大気の状態とは、典型的には、大気の揺らぎ(seeing)を意味する。大気の揺らぎは、気象条件、大気汚染、周囲の地形、時間、季節等により変動する。宇宙機Sと空間光通信装置Gとの間における空間光伝送は、地上の大気の影響(例えば、地上から宇宙空間に至る連続的な大気濃度変化に伴う連続的な屈折率変化、エアロゾル等の大気中微粒子による光散乱など)を強く受ける。このため、この大気影響を踏まえて、誘導光としてのアップリンク(第1レーザ光L1)が宇宙機Sへ到達するようにその拡がり角、送信強度、送信方向があらかじめ設定される。 Here, the state of the atmosphere typically means the fluctuation of the atmosphere (seeing). Atmospheric fluctuations fluctuate depending on weather conditions, air pollution, surrounding topography, time, seasons, and so on. Spatial optical transmission between the spacecraft S and the space optical communication device G is due to the influence of the atmosphere on the ground (for example, continuous changes in the refractive index due to continuous changes in atmospheric concentration from the ground to outer space, aerosols, etc.). It is strongly exposed to light scattering by fine particles in the atmosphere. Therefore, in consideration of this atmospheric influence, the spread angle, the transmission intensity, and the transmission direction are set in advance so that the uplink (first laser beam L1) as the guided light reaches the spacecraft S.

図3は、宇宙機Sから空間光通信装置Gへ送信されるダウンリンク(第2レーザ光L2)の大気の揺らぎによる影響を説明する模式図である。図3に示すように、宇宙機Sから送信される第2レーザ光L2の波面L2wは、宇宙空間では平面であるのに対し、大気中では歪み面となる。この歪みの程度は、大気状態によって変化し、大気揺らぎの強度が大きいほど大きくなる結果、焦点位置がシフトする。このように、シーイングモニタ31において第2レーザ光L2の焦点位置のシフト量を検出することで、第2レーザ光L2の伝播経路における大気の揺らぎの強度を検出することが可能となる。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the influence of the fluctuation of the atmosphere of the downlink (second laser beam L2) transmitted from the spacecraft S to the space optical communication device G. As shown in FIG. 3, the wavefront L2w of the second laser beam L2 transmitted from the spacecraft S is a flat surface in outer space, whereas it is a distorted surface in the atmosphere. The degree of this distortion changes depending on the atmospheric conditions, and as the intensity of atmospheric fluctuation increases, the focal position shifts. In this way, by detecting the shift amount of the focal position of the second laser beam L2 on the seeing monitor 31, it is possible to detect the intensity of the fluctuation of the atmosphere in the propagation path of the second laser beam L2.

図4は、シーイングモニタ31の一構成例を示す概略斜視図である。シーイングモニタ31は、例えば直径10cm以下の反射望遠鏡構造を有する。シーイングモニタ31は、望遠鏡10の外周部に固定された筒部311と、筒部311の先端に相互に離間して配置された2つのプリズム(あるいはウェッジ)312と、プリズム312を介して筒部311へ進行した第2レーザ光L2を反射する第1ミラー313及び第2ミラー314と、第2ミラー314の反射光を受光する受光面315aを有する赤外線カメラ315とを有する。 FIG. 4 is a schematic perspective view showing a configuration example of the seeing monitor 31. The seeing monitor 31 has, for example, a reflecting telescope structure having a diameter of 10 cm or less. The seeing monitor 31 has a tubular portion 311 fixed to the outer peripheral portion of the telescope 10, two prisms (or wedges) 312 arranged apart from each other at the tip of the tubular portion 311 and a tubular portion via the prism 312. It has a first mirror 313 and a second mirror 314 that reflect the second laser beam L2 that has traveled to 311 and an infrared camera 315 having a light receiving surface 315a that receives the reflected light of the second mirror 314.

図5は、受光面315aにおける第2レーザ光L2の結像画像を示す模式図である。図においてX軸及びY軸はそれぞれ受光面315aの横軸及び縦軸を示し、Z軸はシーイングモニタ31の光軸(軸心)に相当する。図中、P0は、基準値(受光開始時の初期値)における2つのプリズム312を透過した各レーザ光の焦点位置(以下、基準点ともいう)をそれぞれ示している。シーイングモニタ31は、受光面315a上におけるレーザ光の2つの結像点Pの基準点P0からのX軸及びY軸方向のシフト量(X/Y)を検出する。具体的には、シーイングモニタ31を構成する光学系の焦点距離から求められる入射角と、基準点P0からのX軸及びY軸方向のシフト量とから、公知の方法により、シーイング[arcsec]を算出する。 FIG. 5 is a schematic view showing an image of the second laser beam L2 on the light receiving surface 315a. In the figure, the X-axis and the Y-axis indicate the horizontal axis and the vertical axis of the light receiving surface 315a, respectively, and the Z-axis corresponds to the optical axis (axis center) of the seeing monitor 31. In the figure, P0 indicates the focal position (hereinafter, also referred to as a reference point) of each laser beam transmitted through the two prisms 312 at the reference value (initial value at the start of light reception). The seeing monitor 31 detects the amount of shift (X / Y) in the X-axis and Y-axis directions from the reference point P0 of the two imaging points P of the laser beam on the light receiving surface 315a. Specifically, seeing [arcsec] is performed by a known method from the incident angle obtained from the focal length of the optical system constituting the seeing monitor 31 and the shift amount in the X-axis and Y-axis directions from the reference point P0. calculate.

シーイングモニタ31において検出信号は、演算器50(図1参照)へ出力される。演算器50は、赤外線カメラ315で検出された2つの結像点Pの相対位置から、大気の揺らぎに関するフリードパラメータ(Fried parameter)Ro[mm]を算出する。フリードパラメータRoは、シーイングを定量的に評価するための指標であり、所定の演算式によって算出されて制御部40へ出力される。制御部40は、算出されたフリードパラメータRo及び後述する受光強度モニタ32の出力等に基づいて、第1レーザ光L1を制御する制御信号を生成し、送信部20へ出力する。 The seeing monitor 31 outputs the detection signal to the calculator 50 (see FIG. 1). The calculator 50 calculates the Fried parameter Ro [mm] related to the fluctuation of the atmosphere from the relative positions of the two imaging points P detected by the infrared camera 315. The freed parameter Ro is an index for quantitatively evaluating seeing, is calculated by a predetermined arithmetic expression, and is output to the control unit 40. The control unit 40 generates a control signal for controlling the first laser beam L1 based on the calculated freed parameter Ro and the output of the light receiving intensity monitor 32 described later, and outputs the control signal to the transmission unit 20.

なお、演算器50は、シーイングモニタ31の一部として構成されてもよいし、制御部40の一部として構成されてもよい。また、シーイング及びフリードパラメータの算出処理は、制御部40において実行されてもよい。 The arithmetic unit 50 may be configured as a part of the seeing monitor 31 or as a part of the control unit 40. Further, the seeing and freed parameter calculation processing may be executed by the control unit 40.

フリードパラメータRoの算出に際しては、シーイングモニタ31の口径に応じた補正係数が乗じられてもよい。DIMMは一般的に、25cm以上の口径を有し、その大きさよりも小さい口径では計測誤差が大きくなることが知られている。しかし、衛星追尾中に同時にダウンリンク光を計測してアップリング制御をするためには、宇宙通信で想定される望遠鏡口径(0.3m~10m程度)に同架可能な大きさにDIMMを小型化する必要がある。 When calculating the freed parameter Ro, a correction coefficient corresponding to the diameter of the seeing monitor 31 may be multiplied. It is known that DIMMs generally have a diameter of 25 cm or more, and a measurement error becomes large when the diameter is smaller than the diameter. However, in order to measure the downlink light at the same time and control the upling during satellite tracking, the DIMM is small enough to be mounted on the telescope aperture (about 0.3m to 10m) assumed in space communication. Need to be.

そこで本実施形態では、シーイングモニタ31に適用される口径10cm以下のDIMMに関して、口径が25cm程度の基準望遠鏡と比較した統計的分析に基づく補正係数を予め算出し、当該補正係数をシーイングモニタ31の出力に乗じて得られる値からフリードパラメータR0を算出するようにしている。これにより、小型化に起因するDIMMの測定誤差による弊害を抑え、大気状態を高精度に計測することが可能となる。 Therefore, in the present embodiment, for DIMMs having a diameter of 10 cm or less applied to the seeing monitor 31, a correction coefficient based on statistical analysis compared with a reference telescope having a diameter of about 25 cm is calculated in advance, and the correction coefficient is used in the seeing monitor 31. The freed parameter R0 is calculated from the value obtained by multiplying the output. This makes it possible to suppress the harmful effects of DIMM measurement errors caused by miniaturization and to measure the atmospheric condition with high accuracy.

(受光強度モニタ)
受光強度モニタ32は、宇宙機Sから空間光通信装置Gへ向けて送信される第2レーザ光L2の受光強度を検出する。本実施形態において受光強度モニタ32は、望遠鏡10の外周部にシーイングモニタ31と隣接して配置されるが、取付け位置はこれに限られない。受光強度モニタ32は、単位面積当たりの第2レーザ光L2の受光強度を検出可能な光電変換素子で構成される。
(Light receiving intensity monitor)
The light receiving intensity monitor 32 detects the light receiving intensity of the second laser beam L2 transmitted from the spacecraft S to the space optical communication device G. In the present embodiment, the light receiving intensity monitor 32 is arranged adjacent to the seeing monitor 31 on the outer peripheral portion of the telescope 10, but the mounting position is not limited to this. The light receiving intensity monitor 32 is composed of a photoelectric conversion element capable of detecting the light receiving intensity of the second laser beam L2 per unit area.

図6は、受光強度モニタ32の一構成例を示す模式図である。受光強度モニタ32は、筒部321に集光レンズ322と、集光レンズ322で集光した第2レーザ光L2を受光する受光センサ323とを有する。受光センサ323は、第2レーザ光L2の強度に応じた電流値を出力する光電変換素子であり、その出力[dBm]が制御部40へ供給される。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of the light receiving intensity monitor 32. The light receiving intensity monitor 32 has a condenser lens 322 and a light receiving sensor 323 that receives the second laser beam L2 focused by the condenser lens 322 in the tubular portion 321. The light receiving sensor 323 is a photoelectric conversion element that outputs a current value corresponding to the intensity of the second laser beam L2, and the output [dBm] is supplied to the control unit 40.

(ビームモニタ)
送信部20から出射されるアップリンク(第1レーザ光L1)もまた、上空の大気の揺らぎ、高度により段階的に変化する屈折率等の影響を受けて強度が減衰し、あるいは伝播方向が蛇行する。この現象をビームワンダリングといい、その様子を図7に模式的に示す。
(Beam monitor)
The uplink (first laser beam L1) emitted from the transmission unit 20 is also affected by fluctuations in the atmosphere above, refractive index that changes stepwise depending on altitude, etc., and its intensity is attenuated or the propagation direction is meandering. do. This phenomenon is called beam wandering, and the state is schematically shown in FIG.

アップリンク用の第1レーザ光L1のビームワンダリングに伴うビーム蛇行が所定以上に大きい場合、第1レーザ光L1が宇宙機Sへ到達しにくくなるため、宇宙機Sにとっては、第1レーザ光L1の検出精度が低下する。その結果、ダウンリンク用の第2レーザ光L2の出射方向の精度が低下するため、空間光通信装置Gにおける第2レーザ光L2の受光強度も低下する。そこで本実施形態では、ビームモニタ33によってアップリンク用の第1レーザ光L1のビームワンダリングの影響を受けたビーム蛇行を観測し、その観測値の結果に応じて第1レーザ光L1の出射方向を制御するように構成される。 When the beam meandering caused by the beam wandering of the first laser beam L1 for uplink is larger than a predetermined value, it becomes difficult for the first laser beam L1 to reach the spacecraft S. Therefore, for the spacecraft S, the first laser beam The detection accuracy of L1 is lowered. As a result, the accuracy of the emission direction of the second laser beam L2 for downlink is lowered, so that the light receiving intensity of the second laser beam L2 in the space optical communication device G is also lowered. Therefore, in the present embodiment, the beam monitor 33 observes the beam meandering affected by the beam wandering of the first laser beam L1 for uplink, and the emission direction of the first laser beam L1 is determined according to the result of the observed value. Is configured to control.

具体的には、観測値からビームの出射方向(方位、仰角)を算出し、宇宙機Sの空間位置に関する予報値(方位、仰角)との差分値を計算する。制御部40は、その差分値を打ち消すように第1レーザ光L1の出射方向を補正するための制御信号を生成する。 Specifically, the emission direction (direction, elevation angle) of the beam is calculated from the observed value, and the difference value from the predicted value (direction, elevation angle) regarding the spatial position of the spacecraft S is calculated. The control unit 40 generates a control signal for correcting the emission direction of the first laser beam L1 so as to cancel the difference value.

図8及び図9は、ビームモニタ33の一構成例を示す原理図である。ビームモニタ33は、送信部20から上空に出射された第1レーザ光L1の大気中粒子等による散乱光L1sを撮影することが可能に構成されたカメラユニットで構成される。ビームモニタ33は、筐体331と、筐体331の内部にそれぞれ配置された第1ミラー332、第2ミラー333、第3ミラー334、ビームスプリッタ335、カメラ336及び画像処理部337を有する。 8 and 9 are principle diagrams showing a configuration example of the beam monitor 33. The beam monitor 33 is composed of a camera unit configured to be capable of photographing scattered light L1s by atmospheric particles or the like of the first laser light L1 emitted from the transmission unit 20 in the sky. The beam monitor 33 includes a housing 331, a first mirror 332, a second mirror 333, a third mirror 334, a beam splitter 335, a camera 336, and an image processing unit 337, which are arranged inside the housing 331, respectively.

第1ミラー332及び第2ミラー333は、送信部20から出射される第1レーザ光L1の大気による散乱光L1s(L1sx,L1sy)を反射する。第1ミラー332で反射した散乱光L1sxは、ビームスプリッタ335を介してカメラ336へ入射する。一方、第2ミラー333で反射した散乱光L1syは、第3ミラー334及びビームスプリッタ335を介してカメラ336へ入射する。 The first mirror 332 and the second mirror 333 reflect the scattered light L1s (L1sx, L1sy) of the first laser beam L1 emitted from the transmission unit 20 due to the atmosphere. The scattered light L1sx reflected by the first mirror 332 is incident on the camera 336 via the beam splitter 335. On the other hand, the scattered light L1sy reflected by the second mirror 333 is incident on the camera 336 via the third mirror 334 and the beam splitter 335.

カメラ336は、所定の角度で相互に交差する2つの方向から観察した散乱光L1sx,L1syの画像を取得する。つまり、ビームスプリッタ335に入射する2つの反射光は所定の角度をなすように、ビームスプリッタ335及び第1ミラー332、第2ミラー333が配置される。なお図8及び図9では、ビームスプリッタ335に入射する2つの反射光が互いに直交するようにビームスプリッタ335及び第1ミラー332、第2ミラー333が配置されている。また、後述するが、カメラ336の撮影画像336vは、画像処理部337へ出力される。 The camera 336 acquires images of scattered light L1sx and L1sy observed from two directions intersecting each other at a predetermined angle. That is, the beam splitter 335, the first mirror 332, and the second mirror 333 are arranged so that the two reflected lights incident on the beam splitter 335 form a predetermined angle. In FIGS. 8 and 9, the beam splitter 335, the first mirror 332, and the second mirror 333 are arranged so that the two reflected lights incident on the beam splitter 335 are orthogonal to each other. Further, as will be described later, the captured image 336v of the camera 336 is output to the image processing unit 337.

図9においてZ軸は、送信部20における第1レーザ光L1の出射中心を示し、X軸及びY軸方向は、Z軸に直交する2軸方向を示している。第1ミラー332は、XZ平面に平行なX面(第1の平面)から見た第1レーザ光L1の散乱光L1sxを反射し、第2ミラー333は、X面と所定の角度で交差(本実施形態では直交)する、XY平面に平行なY面(第2の平面)から見た第1レーザ光L1の散乱光L1syを反射する。カメラ336は、赤外線カメラであり、X面内において屈折あるいは発散しながら進行する第1レーザ光L1のX面上への散乱光L1sxの投影像と、Y面内において屈折あるいは発散しながら進行する第1レーザ光L1のY面上への散乱光L1syの投影像とを同時に取得する。 In FIG. 9, the Z-axis indicates the emission center of the first laser beam L1 in the transmission unit 20, and the X-axis and Y-axis directions indicate biaxial directions orthogonal to the Z-axis. The first mirror 332 reflects the scattered light L1sx of the first laser beam L1 seen from the X plane (first plane) parallel to the XZ plane, and the second mirror 333 intersects the X plane at a predetermined angle ( In this embodiment, the scattered light L1sy of the first laser beam L1 seen from the Y plane (second plane) parallel to the XY plane, which is orthogonal to the XY plane, is reflected. The camera 336 is an infrared camera, and the projected image of the scattered light L1sx on the X plane of the first laser beam L1 traveling while refracting or diverging in the X plane and the traveling while refracting or diverging in the Y plane. The projected image of the scattered light L1sy on the Y plane of the first laser light L1 is acquired at the same time.

図10は、カメラ336で取得された散乱光L1sx,L1syの画像336vを示す図である。カメラ336は、赤外線カメラである。同図において、+X方向と-X方向とのなす角が散乱光L1xの散乱角を、そして、+Y方向と-Y方向とのなす角が散乱光L1yの散乱角にそれぞれ相当する。画像処理部337は、散乱光L1x,L1yの画像を分析することで第1レーザ光L1のビームワンダリングの影響を受けた出射ビームの形状を解析し、制御部40へ出力する。典型的には、制御部40は散乱光L1sxと散乱光L1syの画像を重ね合わせて、第1レーザ光L1の伝播方向を割り出す。なお、伝播方向の算出は、制御部40において実行される場合に限らず、画像処理部337において実行されてもよい。 FIG. 10 is a diagram showing an image 336v of scattered light L1sx and L1sy acquired by the camera 336. The camera 336 is an infrared camera. In the figure, the angle formed by the + X direction and the −X direction corresponds to the scattering angle of the scattered light L1x, and the angle formed by the + Y direction and the −Y direction corresponds to the scattering angle of the scattered light L1y. The image processing unit 337 analyzes the image of the scattered light L1x and L1y to analyze the shape of the emitted beam affected by the beam wandering of the first laser light L1 and outputs it to the control unit 40. Typically, the control unit 40 superimposes the images of the scattered light L1sx and the scattered light L1sy to determine the propagation direction of the first laser beam L1. The calculation of the propagation direction is not limited to the case where it is executed by the control unit 40, and may be executed by the image processing unit 337.

なお、ビームモニタ33は、1台のカメラ336で構成される例に限られず、2台のカメラで構成されてもよい。その構成例を図11に模式的に示す。図11において、第1ミラー332及び第2ミラー333で反射した散乱光L1sx,L1syは、それぞれビームスプリッタ338を介して第1カメラ336a及び第2カメラ336bへ入射する。この場合、画像処理部337は、第1カメラ336a及び第2カメラ336bにより取得された散乱光L1sx,L1syの画像から第1レーザ光L1のビームワンダリングの影響を受けた出射ビームの伝播方向を計測する。 The beam monitor 33 is not limited to the example of being composed of one camera 336, and may be composed of two cameras. An example of the configuration is schematically shown in FIG. In FIG. 11, the scattered light L1sx and L1sy reflected by the first mirror 332 and the second mirror 333 are incident on the first camera 336a and the second camera 336b via the beam splitter 338, respectively. In this case, the image processing unit 337 determines the propagation direction of the emitted beam affected by the beam wandering of the first laser beam L1 from the images of the scattered light L1sx and L1sy acquired by the first camera 336a and the second camera 336b. measure.

(監視ユニット)
監視ユニット60は、第1レーザ光L1の出射方向上空を飛行する飛翔体(飛翔体の有無、飛翔体の移動方向など)を監視する。監視ユニット60は、第1レーザ光L1の出射方向上空を飛行する飛翔体を監視することが可能な監視装置が用いられる。この種の監視装置は単一の数または種類の監視装置を用いることができるが、典型的には、監視距離が異なる複数種の監視装置が用いられる。好適には、監視装置として、近距離用(例えば、2km以下)の監視装置、中距離用(例えば、2km超~50km)の監視装置、遠距離用(例えば、50km超)の監視装置が用いられる。
(Monitoring unit)
The monitoring unit 60 monitors a flying object (presence / absence of a flying object, moving direction of the flying object, etc.) flying over the emission direction of the first laser beam L1. As the monitoring unit 60, a monitoring device capable of monitoring a flying object flying over the emission direction of the first laser beam L1 is used. This type of monitoring device can use a single number or type of monitoring device, but typically multiple types of monitoring devices with different monitoring distances are used. Preferably, as the monitoring device, a monitoring device for a short distance (for example, 2 km or less), a monitoring device for a medium distance (for example, over 2 km to 50 km), and a monitoring device for a long distance (for example, over 50 km) are used. Be done.

図1に示すように、本実施形態では、監視ユニット60として、近距離監視用の熱赤外線カメラ61、中距離監視用のレーダー装置62、遠距離監視用のデータ取得装置63とを備える。勿論、監視ユニット60としてこれらの監視装置(61~63)をすべて備える必要はなく、例えば、熱赤外線カメラ61及びレーダー装置62のみで監視ユニット60が構成されてもよい。 As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the monitoring unit 60 includes a thermal infrared camera 61 for short-distance monitoring, a radar device 62 for medium-distance monitoring, and a data acquisition device 63 for long-distance monitoring. Of course, it is not necessary to include all of these monitoring devices (61 to 63) as the monitoring unit 60, and for example, the monitoring unit 60 may be configured only by the thermal infrared camera 61 and the radar device 62.

熱赤外線カメラ61は、図1に示すように、望遠鏡10の外周部に取り付けられる。本実施形態では、ビームモニタ33の近傍に配置され、ビームモニタ33よりも広い視野角で上空を撮影する。熱赤外線カメラ61の撮影対象には、飛翔体F、雲Cなどが含まれる。飛翔体Fは、典型的には、航空機、ヘリコプター等の飛行体のほか、熱気球などを含む。飛翔体は、有人飛行体に限られず、無人飛行体(ドローン)であってもよい。 As shown in FIG. 1, the thermal infrared camera 61 is attached to the outer peripheral portion of the telescope 10. In the present embodiment, the image is arranged in the vicinity of the beam monitor 33, and the sky is photographed with a wider viewing angle than the beam monitor 33. The shooting target of the thermal infrared camera 61 includes a flying object F, a cloud C, and the like. The projectile F typically includes a flying object such as an aircraft or a helicopter, as well as a hot air balloon or the like. The projectile is not limited to a manned aerial vehicle, but may be an unmanned aerial vehicle (drone).

レーダー装置62は、例えば、Xバンドレーダー探知機である。レーダー装置62は、望遠鏡10とは離間した場所に設置されたレーダー基地に配備される。レーダー装置62は、送信波Rの送信時刻とその反射波である受信波の受信時刻との時間差に基づき、レーダー装置62から飛翔体Fまでの距離を計測し、飛翔体Fの位置(緯度、経度、高度)を算出する。 The radar device 62 is, for example, an X-band radar detector. The radar device 62 is deployed at a radar base installed at a location distant from the telescope 10. The radar device 62 measures the distance from the radar device 62 to the projectile F based on the time difference between the transmission time of the transmission wave R and the reception time of the received wave which is the reflected wave thereof, and the position (latitude, Calculate longitude, altitude).

データ取得装置63は、例えば、飛翔体Fの機種や位置に関する情報を送信するデータ送信源から当該情報を無線または有線で取得可能な受信装置である。データ送信源は、国内または国外のデータサーバであってもよいし、飛翔体Fに搭載された送信端末であってもよい。 The data acquisition device 63 is, for example, a receiving device capable of acquiring the information wirelessly or by wire from a data transmission source that transmits information regarding the model and position of the projectile F. The data transmission source may be a domestic or foreign data server, or may be a transmission terminal mounted on the projectile F.

熱赤外線カメラ61、レーダー装置62及びデータ取得装置63の出力は、制御部40へ供給される。本実施形態では、レーダー装置62及びデータ取得装置63の出力は、通信装置64を介して制御部40へ供給されるが、これに限られず、制御部40へ個々に直接供給されるように構成されてもよい。 The outputs of the thermal infrared camera 61, the radar device 62, and the data acquisition device 63 are supplied to the control unit 40. In the present embodiment, the outputs of the radar device 62 and the data acquisition device 63 are supplied to the control unit 40 via the communication device 64, but are not limited to this, and are individually and directly supplied to the control unit 40. May be done.

空間光通信装置Gは、さらに、監視ユニット60による飛翔体Fや雲Cの監視結果を表示する表示部70と、第1レーザ光L1への飛翔体Fの接近時に警報を発動する警報器80等を備える。警報器80としては、例えば、ブザー、サイレン等の電気音響変換装置、ランプ等の発光装置、警報を、コマンド、テキスト、画像(アイコン等のデザインを含む)等により電子送信する電子送信装置などが挙げられる。 The space optical communication device G further includes a display unit 70 that displays the monitoring results of the flying object F and the cloud C by the monitoring unit 60, and an alarm device 80 that activates an alarm when the flying object F approaches the first laser beam L1. Etc. are provided. Examples of the alarm device 80 include an electroacoustic conversion device such as a buzzer and a siren, a light emitting device such as a lamp, and an electronic transmission device that electronically transmits an alarm by a command, text, an image (including a design such as an icon), or the like. Can be mentioned.

(制御部)
制御部40は、空間光通信装置Gの各部の動作を統括的に制御する(図12参照)。制御部40は、典型的には、CPU(Central Processing Unit)やメモリを有するコンピュータで構成される。制御部40は、シーイングモニタ31(あるいは演算器50)、受光強度モニタ32、ビームモニタ33及び監視ユニット60の各出力を取得する取得部41と、取得部41において取得された各モニタの出力に基づいて、第1レーザ光L1のビーム拡がり角(ビーム幅)及びパワーの補正の有無等を判定する判定部42と、判定部42の出力に基づいて送信部20を制御する制御信号を生成する信号生成部43と、監視ユニット60の出力に基づいて、飛翔体Fや雲Cの監視結果を、人が視認しうる画像形式の表示信号を生成する、及び/または送信部20からの第1レーザ光L1の送信を停止させる制御信号を生成する監視部44を有する。
(Control unit)
The control unit 40 comprehensively controls the operation of each unit of the space optical communication device G (see FIG. 12). The control unit 40 is typically composed of a computer having a CPU (Central Processing Unit) and a memory. The control unit 40 is used for the acquisition unit 41 that acquires the outputs of the seeing monitor 31 (or the arithmetic unit 50), the light receiving intensity monitor 32, the beam monitor 33, and the monitoring unit 60, and the output of each monitor acquired by the acquisition unit 41. Based on this, a determination unit 42 for determining the beam spreading angle (beam width) of the first laser beam L1 and the presence / absence of power correction, etc., and a control signal for controlling the transmission unit 20 based on the output of the determination unit 42 are generated. Based on the output of the signal generation unit 43 and the monitoring unit 60, the monitoring results of the projectile F and the cloud C are generated as a display signal in an image format that can be visually recognized by a person, and / or the first unit from the transmission unit 20. It has a monitoring unit 44 that generates a control signal for stopping the transmission of the laser beam L1.

本実施形態において制御部40は、送信部20の制御として、送信部20から出射される第1レーザ光L1のビーム特性を制御するビーム制御モードと、飛翔体Fの接近時に航空・宇宙相互の安全を確保する観点から第1レーザ光L1の送信を停止させる監視モードの2つの制御モードを実行することが可能に構成される。 In the present embodiment, the control unit 40 controls the transmission unit 20 by controlling the beam control mode for controlling the beam characteristics of the first laser beam L1 emitted from the transmission unit 20 and the aerospace and aerospace when the projectile F approaches. From the viewpoint of ensuring safety, it is possible to execute two control modes of a monitoring mode for stopping the transmission of the first laser beam L1.

[空間光通信装置の動作]
以下、制御部40の構成の詳細について、空間光通信装置Gの動作と併せて説明する。
[Operation of spatial optical communication device]
Hereinafter, the details of the configuration of the control unit 40 will be described together with the operation of the space optical communication device G.

(ビーム制御モード)
図13は、制御部40において実行されるビーム制御モードの処理手順の一例を示すフローチャートである。
(Beam control mode)
FIG. 13 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the beam control mode executed by the control unit 40.

空間光通信装置Gは、図1に示すように、送信部20から宇宙機Sへ向けてアップリンク用の第1レーザ光L1を送信し、宇宙機Sは、第1レーザ光L1の到来方向に向けてダウンリンク用の第2レーザ光L2を送信する。望遠鏡10は、第2レーザ光L2を集光し、所定の信号処理を施す。制御部40は、第2レーザ光L2の受光強度Rx等に基づき、後述する第1及び第2のループ処理を実行することで、第1レーザ光L1を出射する送信部20を制御する。 As shown in FIG. 1, the space optical communication device G transmits the first laser beam L1 for uplink from the transmission unit 20 toward the spacecraft S, and the spacecraft S transmits the first laser beam L1 in the direction of arrival of the first laser beam L1. The second laser beam L2 for downlink is transmitted toward. The telescope 10 collects the second laser beam L2 and performs predetermined signal processing. The control unit 40 controls the transmission unit 20 that emits the first laser light L1 by executing the first and second loop processes described later based on the light receiving intensity Rx and the like of the second laser light L2.

(第1のループ処理)
制御部40は、シーイングモニタ31及び演算器50の出力に基づいて大気の揺らぎ(シーイング)及びフリードパラメータRoを取得あるいは算出する(ステップ101,102)。また、制御部40は、受光強度モニタ32の出力に基づいて第2レーザ光L2の受光強度Rxを取得あるいは算出する(ステップ103)。
(First loop processing)
The control unit 40 acquires or calculates atmospheric fluctuations (seeing) and the freed parameter Ro based on the outputs of the seeing monitor 31 and the arithmetic unit 50 (steps 101 and 102). Further, the control unit 40 acquires or calculates the light receiving intensity Rx of the second laser beam L2 based on the output of the light receiving intensity monitor 32 (step 103).

続いて、制御部40は、第2レーザ光L2の受光強度Rxが、所定の強度範囲に達しているか否かを判定する(ステップ104)。所定の強度範囲とは、典型的には、望遠鏡10による受信信号の信号処理を適切に行うのに必要な第2レーザ光L2の強度範囲をいい、任意の一点(ターゲット値)であってもよいが、制御の安定性を高めるため、本例では上記ターゲット値を中心とする所定範囲に設定される。 Subsequently, the control unit 40 determines whether or not the light receiving intensity Rx of the second laser beam L2 has reached a predetermined intensity range (step 104). The predetermined intensity range typically refers to the intensity range of the second laser beam L2 required for proper signal processing of the received signal by the telescope 10, even if it is an arbitrary point (target value). However, in order to improve the stability of control, in this example, it is set within a predetermined range centered on the target value.

第2レーザ光L2の受光強度Rxが所定の強度範囲内であるときは、大気の揺らぎに変動がないものとみなすことができる。したがって、この場合、制御部40は、第1レーザ光L1の現在の出射条件(ビーム拡がり角、送信パワー(Tx))をそのまま維持し(ステップ105,106)、上述のステップ101~106の処理(以下、第1のループ処理ともいう)を繰り返す。 When the light receiving intensity Rx of the second laser beam L2 is within a predetermined intensity range, it can be considered that there is no fluctuation in the fluctuation of the atmosphere. Therefore, in this case, the control unit 40 maintains the current emission conditions (beam spread angle, transmission power (Tx)) of the first laser beam L1 as they are (steps 105 and 106), and processes in steps 101 to 106 described above. (Hereinafter, also referred to as the first loop processing) is repeated.

なお上述の例では、第2レーザ光L2の受光強度Rxのみを監視対象として第1のループ処理を実行したが、これに限られず、第2レーザ光L2のビームワンダw及び第2レーザ光L2の受光強度Rxの双方を監視対象として第1のループ処理を実行してもよい(後述する第2のループ処理についても同様)。この場合、例えば、ステップ102とステップ103との間に第2のレーザ光L2のビームワンダwを算出する処理が追加される。第2のレーザ光L2のビームワンダwは、ステップ102で取得されたフリードパラメータ、第2レーザ光L2のレーザ波長とビーム径、伝播距離等に基づいて算出することができる。 In the above example, the first loop process is executed with only the light receiving intensity Rx of the second laser beam L2 as the monitoring target, but the present invention is not limited to this, and the beam wonder w of the second laser beam L2 and the second laser beam L2 are not limited to this. The first loop process may be executed with both of the light receiving intensity Rx of the above as the monitoring target (the same applies to the second loop process described later). In this case, for example, a process of calculating the beam wonder w of the second laser beam L2 is added between the step 102 and the step 103. The beam wonder w of the second laser beam L2 can be calculated based on the freed parameter acquired in step 102, the laser wavelength and beam diameter of the second laser beam L2, the propagation distance, and the like.

(第2のループ処理)
第2レーザ光L2の受光強度が所定強度範囲に収まらない要因として、大気揺らぎが経時的に変動し、これにより宇宙機Sへ到達する第1レーザ光L1の強度が減衰し、宇宙機Sで捕捉される第1レーザ光L1の到来方向を精度よく検出することができなくなったことが挙げられる。そこで、第2のループ処理においては、宇宙機Sが第1レーザ光L1の到来方向を精度よく検出することができるように、送信部20から出射される第1レーザ光L1の拡がり角及び送信パワーTxが補正される。
(Second loop processing)
As a factor that the light receiving intensity of the second laser beam L2 does not fall within the predetermined intensity range, the atmospheric fluctuation fluctuates with time, and as a result, the intensity of the first laser beam L1 reaching the spacecraft S is attenuated, and the spacecraft S It is not possible to accurately detect the arrival direction of the captured first laser beam L1. Therefore, in the second loop processing, the spread angle and the transmission of the first laser beam L1 emitted from the transmission unit 20 so that the spacecraft S can accurately detect the arrival direction of the first laser beam L1. The power Tx is corrected.

制御部40は、第2レーザ光L2の受光強度が所定の強度範囲内ではないと判定したとき、第2のループ処理(ステップ107~111)を実行する。 When the control unit 40 determines that the light receiving intensity of the second laser beam L2 is not within the predetermined intensity range, the control unit 40 executes the second loop process (steps 107 to 111).

制御部40は、第2レーザ光L2の受光強度が所定の強度範囲未満であるか否かを判定する(ステップ107)。そして、ステップ107における判定結果が「Yes」の場合、制御部40は、第1レーザ光L1のビーム拡がり角を現在値のn(nは1より大きい正数)倍大きく、送信パワー(Tx)が現在値のn倍大きくするための制御信号を生成し、これを送信部20へ出力する(ステップ108,109)。 The control unit 40 determines whether or not the light receiving intensity of the second laser beam L2 is less than a predetermined intensity range (step 107). When the determination result in step 107 is "Yes", the control unit 40 increases the beam spreading angle of the first laser beam L1 by n (n is a positive number larger than 1) times the current value, and transmits power (Tx). Generates a control signal for increasing n times the current value by n and outputs it to the transmission unit 20 (steps 108 and 109).

これにより、第1レーザ光L1のビーム幅が広げられるため、宇宙機Sへ到達する第1レーザ光L1の光量を高めることができる。その結果、宇宙機Sで捕捉される第1レーザ光L1の到来方向を精度よく検出することができるため、宇宙機Sから空間光通信装置Gへ向けて送信される第2レーザ光L2の方向精度が高まり、その受光強度Rxを高めることができる。また、ビーム拡がり角の拡大に合わせて送信パワーTxも同時に増大させるため、ビーム拡がり角の拡大に伴う単位面積当たりの光エネルギの低下が抑えられる。 As a result, the beam width of the first laser beam L1 is widened, so that the amount of light of the first laser beam L1 reaching the spacecraft S can be increased. As a result, since the arrival direction of the first laser beam L1 captured by the spacecraft S can be accurately detected, the direction of the second laser beam L2 transmitted from the spacecraft S toward the space optical communication device G. The accuracy is improved, and the light receiving intensity Rx can be increased. Further, since the transmission power Tx is increased at the same time as the beam expansion angle is expanded, the decrease in light energy per unit area due to the beam expansion angle is suppressed.

第1レーザ光L1の拡がり角は、送信部20のレンズユニット222における各レンズ間距離を調整することで任意の大きさに変更でき、送信パワーTxは、送信部20の増幅器24を調整することで任意の大きさに変更できる。 The spread angle of the first laser beam L1 can be changed to an arbitrary size by adjusting the distance between each lens in the lens unit 222 of the transmission unit 20, and the transmission power Tx adjusts the amplifier 24 of the transmission unit 20. You can change it to any size with.

nの値は固定値でもよいし、第2レーザ光L2の受光強度Rx(あるいは、ビームワンダw)の所定範囲からのシフト量に対応して予め定められた可変値であってもよい。nの値は、ビーム拡がり角及び送信パワーの制御量として同一の値であってもよいし、異なる値であってもよい。また、nの値は、ステップ101において取得した大気の揺らぎに関する情報やステップ102において取得したフリードパラメータ等から、所定のテーブルあるいはアルゴリズムに基づいて動的に変化させてもよい。 The value of n may be a fixed value, or may be a variable value predetermined in accordance with the amount of shift of the light receiving intensity Rx (or beam wonder w) of the second laser beam L2 from a predetermined range. The value of n may be the same value as the control amount of the beam spread angle and the transmission power, or may be a different value. Further, the value of n may be dynamically changed based on a predetermined table or algorithm from the information on the fluctuation of the atmosphere acquired in step 101, the freed parameter acquired in step 102, and the like.

nの値は特に限定されず、典型的には、1.5以上10以下の数値であり、望ましくは、2以上5以下である。大気の状態にもよるが、nの値が1.5未満の場合には、宇宙機Sが第1レーザ光L1を捕捉する効果が十分とはいえない場合がある。また、nの値が10を超える場合には、第1レーザ光L1の送信パワーが過大となり、空間光通信装置Gにおける電力の効率的な運用に支障をきたす可能性がある。 The value of n is not particularly limited, and is typically a value of 1.5 or more and 10 or less, preferably 2 or more and 5 or less. Although it depends on the atmospheric condition, when the value of n is less than 1.5, the effect of the spacecraft S to capture the first laser beam L1 may not be sufficient. Further, when the value of n exceeds 10, the transmission power of the first laser beam L1 becomes excessive, which may hinder the efficient operation of the electric power in the space optical communication device G.

なお、ステップ107における判定結果が「No」の場合、制御部40は、第1レーザ光L1のビーム拡がり角を現在値のn(nは1より大きい正数)倍小さく、送信パワー(Tx)が現在値のn倍小さくするための制御信号を生成し、これを送信部20へ出力する(ステップ110,111)。これにより、第1レーザ光L1のビーム幅が狭められるとともに送信パワーも低減されるため、第1レーザ光L1の過剰出力を抑えることができる。 When the determination result in step 107 is "No", the control unit 40 sets the beam spreading angle of the first laser beam L1 to be n (n is a positive number larger than 1) times the current value, and the transmission power (Tx). Generates a control signal for reducing the current value by n times, and outputs the control signal to the transmission unit 20 (steps 110 and 111). As a result, the beam width of the first laser beam L1 is narrowed and the transmission power is also reduced, so that the excessive output of the first laser beam L1 can be suppressed.

制御部40は、上述の第2のループ処理の実行後、第1のループ処理を再度実行する。制御部40は、第2レーザ光L2の受光強度Rxがそれぞれ所定範囲に収まるまで、第2のループ処理を繰り返し実行する。 The control unit 40 re-executes the first loop process after executing the second loop process described above. The control unit 40 repeatedly executes the second loop process until the light receiving intensity Rx of the second laser beam L2 falls within a predetermined range.

以上のように、時々刻々と変化する大気状態に応じてアップリンク用の第1レーザ光L1の出射条件をリアルタイムで補正することで、宇宙機Sから送信される第2レーザ光L2の安定した受信を維持することができる。したがって本実施形態によれば、時々刻々と変化する大気状態に追従可能な適応性の高い空間光通信を実現することができる。 As described above, by correcting the emission conditions of the first laser beam L1 for uplink in real time according to the ever-changing atmospheric conditions, the second laser beam L2 transmitted from the spacecraft S is stable. Reception can be maintained. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize highly adaptable spatial optical communication capable of following the ever-changing atmospheric state.

(監視モード)
続いて、制御部40の監視モードについて説明する。
(Monitoring mode)
Subsequently, the monitoring mode of the control unit 40 will be described.

制御部40は、熱赤外線カメラ61等の出力に基づいて、第1レーザ光L1の出射方向上空に雲Cの存在を確認し、これが第1レーザ光L1に所定以上接近したときは、第1レーザ光L1の送信を停止させる制御を実行するように構成される。これにより、雲Cでの第1レーザ光L1の散乱による宇宙機Sとの通信の断絶を防止することができる。 The control unit 40 confirms the existence of the cloud C in the sky above the emission direction of the first laser beam L1 based on the output of the thermal infrared camera 61 or the like, and when it approaches the first laser beam L1 by a predetermined value or more, the first It is configured to execute a control to stop the transmission of the laser beam L1. As a result, it is possible to prevent the communication with the spacecraft S from being interrupted due to the scattering of the first laser beam L1 in the cloud C.

制御部40は、監視モードの実行に際して、ビームモニタ33から出力される第1レーザ光L1の出射方向に関する情報と監視ユニット60からの出力信号とに基づいて、第1レーザ光L1と飛翔体Fとの相対位置を算出し、飛翔体Fが第1レーザ光L1に所定以上接近したときは第1レーザ光L1の送信を停止させる制御を実行する。これにより、飛翔体Fに対する第1レーザ光L1の照射を防止することができる。 When the monitoring mode is executed, the control unit 40 determines the first laser beam L1 and the projectile F based on the information regarding the emission direction of the first laser beam L1 output from the beam monitor 33 and the output signal from the monitoring unit 60. When the flying object F approaches the first laser beam L1 by a predetermined value or more, the control for stopping the transmission of the first laser beam L1 is executed. This makes it possible to prevent the projectile F from being irradiated with the first laser beam L1.

以下、飛翔体Fと第1レーザ光L1との相対位置の監視を中心に、制御部40による監視モードの詳細について説明する。 Hereinafter, the details of the monitoring mode by the control unit 40 will be described with a focus on monitoring the relative positions of the flying object F and the first laser beam L1.

制御部40は、ビームモニタ33の出力に基づいて第1レーザ光L1の周囲を区画する第1監視領域を設定し、監視ユニット60の出力に基づいて飛翔体Fの第1監視領域への進入を判定したときに第1レーザ光L1の送信を停止させる制御信号を生成する。
制御部40はさらに、第1監視領域の周囲を区画する第2監視領域をさらに設定し、飛翔体の第2監視領域への進入を判定したときに警報器80を発動させる制御信号を生成する。
The control unit 40 sets a first monitoring area that partitions the periphery of the first laser beam L1 based on the output of the beam monitor 33, and enters the first monitoring area of the projectile F based on the output of the monitoring unit 60. Is determined, a control signal for stopping the transmission of the first laser beam L1 is generated.
The control unit 40 further sets a second monitoring area that partitions the periphery of the first monitoring area, and generates a control signal that activates the alarm device 80 when it is determined that the flying object has entered the second monitoring area. ..

例えば図14に、熱赤外線カメラ61から送信される画像61Vの一例を示す。画像61Vは、送信部20における第1レーザ光L1の出射光軸に直交する平面の画像であり、熱赤外線カメラ61の焦点距離における第1レーザ光L1の光軸(逆三角形(2個)として図示)と、飛翔体Fとの相対位置を示している。制御部40は、画像61Vから第1レーザ光L1の周囲を区画する第1監視領域A1と、第1監視領域A1の周囲を区画する第2監視領域A2とをそれぞれ設定する。 For example, FIG. 14 shows an example of an image 61V transmitted from the thermal infrared camera 61. The image 61V is an image of a plane orthogonal to the emission optical axis of the first laser beam L1 in the transmission unit 20, and is an optical axis (inverted triangles (two)) of the first laser beam L1 at the focal length of the thermal infrared camera 61. (Fig.) And the relative position of the projectile F are shown. The control unit 40 sets a first monitoring area A1 for partitioning the periphery of the first laser beam L1 from the image 61V and a second monitoring area A2 for partitioning the periphery of the first monitoring area A1.

第1監視領域A1は、飛翔体Fに第1レーザ光L1が照射される可能性のある任意の広さの領域であり、その形状は、図示する円形に限られず、楕円や多角形等であってもよい。第1レーザ光L1は、その伝播経路における大気の影響を受けて屈折あるいは散乱し、伝播方向が高度に応じて変動するおそれがある。このため、第1監視領域A1は、第1レーザ光L1の伝播方向の変動を考慮して設定され、典型的には、第1レーザ光L1を内包する任意の閉曲線で形成される。第1監視領域A1の形状、大きさは、例えば、シーイングモニタ31から取得される大気揺らぎ情報、ビームモニタ33から取得される第1レーザ光L1の出射方向に関する情報、上述のビーム制御モードの実行によって補正されたビーム拡がり角などに基づいて動的に変更されてもよい。 The first monitoring region A1 is an region of an arbitrary width in which the flying object F may be irradiated with the first laser beam L1, and its shape is not limited to the circular shape shown in the figure, but may be an ellipse, a polygon, or the like. There may be. The first laser beam L1 is refracted or scattered under the influence of the atmosphere in its propagation path, and the propagation direction may fluctuate according to the altitude. Therefore, the first monitoring region A1 is set in consideration of the variation in the propagation direction of the first laser beam L1, and is typically formed by an arbitrary closed curve including the first laser beam L1. The shape and size of the first monitoring region A1 are, for example, atmospheric fluctuation information acquired from the seeing monitor 31, information regarding the emission direction of the first laser beam L1 acquired from the beam monitor 33, and execution of the above-mentioned beam control mode. It may be changed dynamically based on the beam spread angle corrected by.

第2監視領域A2は、第1監視領域A1への飛翔体Fの接近を外部へ警告するために設定される領域であり、必要に応じて省略されてもよい。第2監視領域A2は、第1監視領域A1を内包する任意の形状の閉曲線で形成され、その形状や大きさ(広さ)は任意に設定可能である。 The second monitoring area A2 is an area set to warn the outside of the approach of the flying object F to the first monitoring area A1, and may be omitted if necessary. The second monitoring area A2 is formed by a closed curve having an arbitrary shape including the first monitoring area A1, and the shape and size (width) thereof can be arbitrarily set.

第1レーザ光L1の位置は、第1レーザ光L1の出射方向を検出するビームモニタ33からの出力信号に基づいて補正されることが好ましい。これにより、画像61Vの視野内における第1レーザ光L1の位置精度が高まり、第1監視領域A1及び第2監視領域A2を不要に拡大することなく適切な広さで設定することができる。 It is preferable that the position of the first laser beam L1 is corrected based on the output signal from the beam monitor 33 that detects the emission direction of the first laser beam L1. As a result, the position accuracy of the first laser beam L1 in the field of view of the image 61V is improved, and the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2 can be set to an appropriate width without unnecessarily expanding.

図15は、レーダー装置62あるいはデータ取得装置63からの出力信号に基づいて設定される第1監視領域A1及び第2監視領域A2の概念図である。レーダー装置62及びデータ取得装置63は、飛翔体Fの緯度、経度、高度を取得することができるため、望遠鏡10の宇宙機Sに向かう光軸D1と、望遠鏡10から見た飛翔体Fの方向D2との関係を把握できる。送信部20は、第1レーザ光L1を望遠鏡10の光軸と平行に出射するように構成されるため、望遠鏡10の光軸D1は、第1レーザ光L1とみなすことができる。このため、第1監視領域A1及び第2監視領域A2は、望遠鏡10の光軸D1と同心的な円などの形状に設定することができる。 FIG. 15 is a conceptual diagram of a first monitoring area A1 and a second monitoring area A2 set based on an output signal from the radar device 62 or the data acquisition device 63. Since the radar device 62 and the data acquisition device 63 can acquire the latitude, longitude, and altitude of the projectile F, the optical axis D1 toward the spacecraft S of the telescope 10 and the direction of the projectile F as seen from the telescope 10. You can grasp the relationship with D2. Since the transmission unit 20 is configured to emit the first laser beam L1 in parallel with the optical axis of the telescope 10, the optical axis D1 of the telescope 10 can be regarded as the first laser beam L1. Therefore, the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2 can be set to have a shape such as a circle concentric with the optical axis D1 of the telescope 10.

一方、上述のように第1レーザ光L1は大気揺らぎの影響を受けるため、出射方向とは異なる方向に伝播するおそれがある。このため、制御部40は、ビームモニタ33の出力に基づいて第1レーザ光L1の出射方向を補正し、補正後の第1レーザ光L1の位置に基づいて第1監視領域A1及び第2監視領域A2を設定する。 On the other hand, as described above, since the first laser beam L1 is affected by atmospheric fluctuations, it may propagate in a direction different from the emission direction. Therefore, the control unit 40 corrects the emission direction of the first laser beam L1 based on the output of the beam monitor 33, and the first monitoring area A1 and the second monitoring are based on the corrected position of the first laser beam L1. The area A2 is set.

図16は、送信部20からの高度と第1監視領域A1及び第2監視領域A2の広さとの関係を示す模式図である。制御部40は、飛翔体Fが送信部20から遠ざかるほど(高度が高くなるほど)第1監視領域A1及び第2監視領域A2を広く設定する。図示の例では、第1監視領域A1及び第2監視領域A2が送信部20のビーム出射軸を軸心とする円錐体の底面に対応する領域とされる。これにより、第1レーザ光L1の大気揺らぎによる伝播方向の変動が生じた場合でも、第1監視領域A1及び第2監視領域A2を適切に設定することができる。 FIG. 16 is a schematic diagram showing the relationship between the altitude from the transmission unit 20 and the size of the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2. The control unit 40 sets the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2 wider as the projectile F moves away from the transmission unit 20 (the higher the altitude). In the illustrated example, the first monitoring region A1 and the second monitoring region A2 are regions corresponding to the bottom surface of the cone having the beam emission axis of the transmission unit 20 as the axis. As a result, the first monitoring region A1 and the second monitoring region A2 can be appropriately set even when the propagation direction of the first laser beam L1 fluctuates due to atmospheric fluctuations.

また、本例の場合においても、第1監視領域A1及び第2監視領域A2の形状や大きさは、例えば、シーイングモニタ31から取得される大気揺らぎ情報、ビームモニタ33から取得される第1レーザ光L1の出射方向に関する情報、上述のビーム制御モードの実行によって補正されたビーム拡がり角などに基づいて動的に変更されてもよい。 Further, also in the case of this example, the shapes and sizes of the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2 are, for example, the atmospheric fluctuation information acquired from the seeing monitor 31 and the first laser acquired from the beam monitor 33. It may be dynamically changed based on the information regarding the emission direction of the light L1, the beam spread angle corrected by the execution of the above-mentioned beam control mode, and the like.

なお、レーダー装置62が第1レーザ光L1の出射方向にレーダーを送信するように構成する場合、当該レーダーの照射範囲を第1監視領域としてもよい。この場合、レーダー装置62で飛翔体Fの存在が確認された時点で、制御部40は、警報器80を発動させるための制御信号と第1レーザ光L1の送信を停止させる制御信号をそれぞれ生成するように構成されてもよい。 When the radar device 62 is configured to transmit the radar in the emission direction of the first laser beam L1, the irradiation range of the radar may be set as the first monitoring area. In this case, when the presence of the flying object F is confirmed by the radar device 62, the control unit 40 generates a control signal for activating the alarm device 80 and a control signal for stopping the transmission of the first laser beam L1, respectively. It may be configured to do so.

図17は、監視モードの実行時における空間光通信装置Gの各部の動作を時系列的に示すシーケンス図である。 FIG. 17 is a sequence diagram showing the operation of each part of the space optical communication device G when the monitoring mode is executed in chronological order.

図17に示すように、制御部40は、取得部41(図12参照)を介してビームモニタ33、監視ユニット60の出力を所定周期で取得し、第1監視領域A1及び第2監視領域A2を設定する。監視ユニット60としての熱赤外線カメラ61、レーダー装置62及びデータ取得装置63はそれぞれ、第1レーザ光L1の出射方向上空における飛翔体Fの有無を監視し、飛翔体Fの存在を確認したときは当該飛翔体Fの位置に関する情報を制御部40へ出力する。制御部40は、飛翔体Fの第2監視領域A2への接近を検出するまで、送信部20からの第1レーザ光L1の送信を継続する。制御部40は、熱赤外線カメラ61、レーダー装置62及びデータ取得装置63のうち少なくとも1つから飛翔体Fに関する情報を取得したときは、飛翔体Fと第1レーザ光L1の相対位置を基に、警報器80を発動し、あるいは、第1レーザ光L1の出射を停止させる。 As shown in FIG. 17, the control unit 40 acquires the outputs of the beam monitor 33 and the monitoring unit 60 at predetermined intervals via the acquisition unit 41 (see FIG. 12), and acquires the outputs of the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2. To set. The thermal infrared camera 61, the radar device 62, and the data acquisition device 63 as the monitoring unit 60 each monitor the presence or absence of the flying object F in the sky above the emission direction of the first laser beam L1, and when the presence of the flying object F is confirmed. Information about the position of the flying object F is output to the control unit 40. The control unit 40 continues to transmit the first laser beam L1 from the transmission unit 20 until it detects that the projectile F is approaching the second monitoring region A2. When the control unit 40 acquires information about the projectile F from at least one of the thermal infrared camera 61, the radar device 62, and the data acquisition device 63, the control unit 40 is based on the relative positions of the projectile F and the first laser beam L1. , The alarm device 80 is activated, or the emission of the first laser beam L1 is stopped.

すなわち、制御部40は、飛翔体Fの第2監視領域A2の通過(第2監視領域A2の境界線への接触)を判定したとき、警報器80を発動させる制御信号(以下、警報信号ともいう)を生成し、これを警報器80へ出力する。これにより警報器80が発動する。警報の発令に伴って、オペレータによるマニュアル操作で第1レーザ光L1の送信が停止されてもよい。 That is, when the control unit 40 determines that the flying object F has passed through the second monitoring area A2 (contact with the boundary line of the second monitoring area A2), the control unit 40 activates the alarm device 80 (hereinafter, also referred to as an alarm signal). Is generated, and this is output to the alarm device 80. As a result, the alarm 80 is activated. With the issuance of the alarm, the transmission of the first laser beam L1 may be stopped by a manual operation by the operator.

一方、制御部40は、飛翔体Fの第1監視領域A1の通過(第1監視領域A1の境界線への接触)を判定したとき、第1レーザ光L1の送信を停止させる制御信号(以下、レーザ停止信号ともいう)をさらに生成し、これを送信部20へ出力する。送信部20は、制御部40からの当該制御信号に基づいてシャッタ224を閉じ、第1レーザ光L1の出射を停止させる。この間、制御部40は、警報信号を継続して生成する。 On the other hand, when the control unit 40 determines that the flying object F has passed through the first monitoring area A1 (contact with the boundary line of the first monitoring area A1), the control unit 40 stops the transmission of the first laser beam L1 (hereinafter referred to as a control signal). , Also referred to as a laser stop signal) is further generated, and this is output to the transmission unit 20. The transmission unit 20 closes the shutter 224 based on the control signal from the control unit 40, and stops the emission of the first laser beam L1. During this time, the control unit 40 continuously generates an alarm signal.

そして、制御部40は、飛翔体Fが第2監視領域A2の外側へ移動したと判定したとき、警報信号及びレーザ停止信号の生成を停止する。これにより、警報器80の発動が解除されるとともに、シャッタ224が開放されることで第1レーザ光L1の出射が再開される。なお、第1レーザ光L1の出射再開制御は、飛翔体Fが第1監視領域A1の外側に移動したときに実行されてもよい。また、第1レーザ光L1の出射再開制御は、飛翔体Fが第2監視領域A2の外側に移動した後、所定時間経過後に実行されてもよい。 Then, when the control unit 40 determines that the flying object F has moved to the outside of the second monitoring area A2, the control unit 40 stops the generation of the warning signal and the laser stop signal. As a result, the activation of the alarm device 80 is released, and the shutter 224 is opened to restart the emission of the first laser beam L1. The emission resumption control of the first laser beam L1 may be executed when the projectile F moves to the outside of the first monitoring region A1. Further, the emission resumption control of the first laser beam L1 may be executed after a predetermined time has elapsed after the projectile F has moved to the outside of the second monitoring region A2.

本実施形態によれば、第1レーザ光L1と飛翔体Fとの相対位置を監視し、第1レーザ光L1に飛翔体が所定以上接近したときは第1レーザ光L1の出射を停止させる一連の制御を自動的に行うことができる。これにより、作業員の操作に頼ることなく、第1レーザ光L1の出射停止およびその解除が実行可能となる。
また、本実施形態によれば、ビームモニタ33の出力に基づいて第1レーザ光L1の出射方向を検出することができるため、第1レーザ光L1の出射方向の検出精度が高まり、大気揺らぎによる第1レーザ光の伝播方向の変動も把握することができる。
According to the present embodiment, a series of monitoring the relative positions of the first laser beam L1 and the projectile F and stopping the emission of the first laser beam L1 when the projectile approaches the first laser beam L1 by a predetermined value or more. Can be controlled automatically. As a result, it is possible to stop and release the emission of the first laser beam L1 without relying on the operation of the worker.
Further, according to the present embodiment, since the emission direction of the first laser beam L1 can be detected based on the output of the beam monitor 33, the detection accuracy of the emission direction of the first laser beam L1 is improved, and due to atmospheric fluctuations. It is also possible to grasp the fluctuation of the propagation direction of the first laser beam.

図18は、熱赤外線カメラ61の出力に基づく制御部40の処理手順の一例を示すフローチャートである。 FIG. 18 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the control unit 40 based on the output of the thermal infrared camera 61.

制御部40は、まず、ビームモニタ33及び熱赤外線カメラ61からそれぞれ検出信号を取得する(ステップ201)。続いて、制御部40は、熱赤外線カメラ61(IRカメラ1)の出力及びビームモニタ33(IRカメラ2)の出力に基づいて、熱赤外線カメラ61の視野を含むXY平面における第1レーザ光L1の位置(出射方向)を算出する(ステップ202)。ビームモニタ33は、熱赤外線カメラ61(IRカメラ1)と離間して設置されていることから、両者の空間座標上の離間距離をもとに、XY平面における第1レーザ光L1の位置(出射方向)を補正する(ステップ203)。その後、制御部40は、補正された第1レーザ光L1の位置情報に基づいて、第1監視領域A1及び第2監視領域A2をそれぞれ設定する(ステップ204)。 First, the control unit 40 acquires detection signals from the beam monitor 33 and the thermal infrared camera 61, respectively (step 201). Subsequently, the control unit 40 receives the first laser beam L1 in the XY plane including the field of view of the thermal infrared camera 61 based on the output of the thermal infrared camera 61 (IR camera 1) and the output of the beam monitor 33 (IR camera 2). The position (emission direction) of is calculated (step 202). Since the beam monitor 33 is installed apart from the thermal infrared camera 61 (IR camera 1), the position (emission) of the first laser beam L1 in the XY plane is based on the separation distance on the spatial coordinates of the two. The direction) is corrected (step 203). After that, the control unit 40 sets the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2, respectively, based on the corrected position information of the first laser beam L1 (step 204).

そして、制御部40は、飛翔体Fと第1レーザ光L1との相対位置関係を判定し(ステップ205)、飛翔体Fが第2監視領域A2内に移動したときは警報信号を生成し(ステップ206)、飛翔体Fがさらに第1監視領域A1内に移動したときは、レーザ停止信号を生成する(ステップ207)。制御部40は、飛翔体Fが第1監視領域A1及び第2監視領域A2の外側へ移動するまで、警報信号及びレーザ停止信号の生成を継続する(ステップ208)。 Then, the control unit 40 determines the relative positional relationship between the flying object F and the first laser beam L1 (step 205), and generates an alarm signal when the flying object F moves into the second monitoring area A2 (step 205). Step 206), when the projectile F further moves into the first monitoring region A1, a laser stop signal is generated (step 207). The control unit 40 continues to generate the warning signal and the laser stop signal until the projectile F moves to the outside of the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2 (step 208).

図19は、ビームモニタ33の出力を用いた第1レーザ光L1の位置の検出手順の一例を示すフローチャートである。 FIG. 19 is a flowchart showing an example of a procedure for detecting the position of the first laser beam L1 using the output of the beam monitor 33.

制御部40は、ビームモニタ33から第1レーザ光L1の大気での散乱光L1sx,L1syの撮像データを取得する(ステップ301)。制御部40は、ビームモニタ33のカメラ336による撮影画像から、X面及びY面(図9参照)における第1レーザ光L1の散乱光L1sのビームポジション(送信部20からの出射方向。以下同じ)を検出する(ステップ302)。 The control unit 40 acquires the imaging data of the scattered light L1sx and L1sy of the first laser beam L1 in the atmosphere from the beam monitor 33 (step 301). The control unit 40 is the beam position of the scattered light L1s of the first laser beam L1 on the X-plane and the Y-plane (see FIG. 9) from the image captured by the camera 336 of the beam monitor 33 (the emission direction from the transmission unit 20; the same applies hereinafter). ) Is detected (step 302).

制御部40は、上記X面及びY面のビームポジションから与えられた第1レーザ光散乱光L1sの2次元座標をそれぞれ計算し、決定する(ステップ303,304、図10)。これにより、X面及びY面の各面における第1レーザ光L1の伝播方向を把握でき、これらを重ね合わせることで上空のどの地点に第1レーザ光L1が位置するかを軌跡として3次元的に計算することができる。算出された散乱光L1sの3次元座標は、航空機保安システムを実現する第1監視領域A1及び第2監視領域A2の設定に利用される(ステップ305)。 The control unit 40 calculates and determines the two-dimensional coordinates of the first laser light scattered light L1s given from the beam positions of the X-plane and the Y-plane, respectively (steps 303 and 304, FIG. 10). As a result, the propagation direction of the first laser beam L1 on each of the X-plane and the Y-plane can be grasped, and by superimposing these, the position in the sky where the first laser beam L1 is located is three-dimensionally used as a locus. Can be calculated to. The calculated three-dimensional coordinates of the scattered light L1s are used for setting the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2 that realize the aircraft security system (step 305).

図20は、レーダー装置62の出力に基づく制御部40の処理手順の一例を示すフローチャートである。 FIG. 20 is a flowchart showing an example of a processing procedure of the control unit 40 based on the output of the radar device 62.

制御部40は、レーダー装置62から、方位(Az)、仰角(EL)、測距(RNG)に関する情報を取得し(ステップ401)、さらにビームモニタ33の出力に基づいて、レーダーのビーム幅におけるX面及びY面上における第1レーザ光L1(送信ビームTx)の位置を算出する(ステップ402)。次に、制御部40は、ビームモニタ33がレーダー装置62と離間して設置されていることから、両者の空間座標上の離間距離をもとに、XY平面における第1レーザ光L1の位置(出射方向)を補正する(ステップ403)。続いて、制御部40は、第1レーザ光L1と飛翔体Fとの相関、すなわち第1レーザ光L1と飛翔体Fの空間上の位置を表示部70に表示し(ステップ404)、続いて飛翔体Fが第1レーザ光L1を含む所定の空間内にあるかどうかを判定する(ステップ405)。 The control unit 40 acquires information on the azimuth (Az), elevation angle (EL), and distance measurement (RNG) from the radar device 62 (step 401), and further, based on the output of the beam monitor 33, in the beam width of the radar. The position of the first laser beam L1 (transmitted beam Tx) on the X-plane and the Y-plane is calculated (step 402). Next, since the beam monitor 33 is installed at a distance from the radar device 62, the control unit 40 is located at the position of the first laser beam L1 in the XY plane based on the separation distance on the spatial coordinates of the two. The emission direction) is corrected (step 403). Subsequently, the control unit 40 displays the correlation between the first laser beam L1 and the projectile F, that is, the spatial position of the first laser beam L1 and the projectile F on the display unit 70 (step 404), and subsequently. It is determined whether or not the projectile F is in a predetermined space including the first laser beam L1 (step 405).

この例では、所定の空間がレーダーの照射範囲であり、レーダーの照射範囲が第1監視領域A1とされ、制御部40は、当該レーダー照射範囲から飛翔体Fが探索されなくなるまで、警報信号及びレーザ停止信号をそれぞれ生成する(ステップ406,407)。なお、この例に限られず、レーダー照射範囲に第1監視領域A1及び第2監視領域A2が設定されてもよい。 In this example, the predetermined space is the irradiation range of the radar, the irradiation range of the radar is the first monitoring area A1, and the control unit 40 receives the warning signal and the warning signal until the projectile F is no longer searched from the radar irradiation range. Laser stop signals are generated, respectively (steps 406 and 407). Not limited to this example, the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2 may be set in the radar irradiation range.

図21は、データ取得装置63の出力に基づく制御部40の処理手順の一例を示すフローチャートである。 FIG. 21 is a flowchart showing an example of a processing procedure of the control unit 40 based on the output of the data acquisition device 63.

制御部40は、データ取得装置63から、飛翔体Fに関する情報(緯度、経度、高度など)を取得し、望遠鏡10の光軸方向に関する情報(方位、仰角など)を取得する(ステップ501)。続いて、制御部40は、これらの情報から第1レーザ光L1及び飛翔体Fの3次元位置をそれぞれ分析する(ステップ502)。制御部40は、ビームモニタ33が望遠鏡10と離間して設置されていることから、両者の空間座標上の離間距離をもとに、3次元空間上における第1レーザ光L1の位置(出射方向)を補正する(ステップ503)。その後、制御部40は、補正された第1レーザ光L1の位置情報に基づいて、第1監視領域A1及び第2監視領域A2をそれぞれ設定する(ステップ504)。 The control unit 40 acquires information about the projectile F (latitude, longitude, altitude, etc.) from the data acquisition device 63, and acquires information about the optical axis direction of the telescope 10 (direction, elevation angle, etc.) (step 501). Subsequently, the control unit 40 analyzes the three-dimensional positions of the first laser beam L1 and the projectile F from these information (step 502). Since the beam monitor 33 is installed away from the telescope 10, the control unit 40 is located at the position (emission direction) of the first laser beam L1 in the three-dimensional space based on the distance between the two in spatial coordinates. ) Is corrected (step 503). After that, the control unit 40 sets the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2, respectively, based on the corrected position information of the first laser beam L1 (step 504).

そして、制御部40は、飛翔体Fと第1レーザ光L1との相対位置関係を判定し(ステップ505)、飛翔体Fが第2監視領域A2内に移動したときは警報信号を生成し(ステップ506)、飛翔体Fがさらに第1監視領域A1内に移動したときは、レーザ停止信号を生成する(ステップ507)。制御部40は、飛翔体Fが第1監視領域A1及び第2監視領域A2の外側へ移動するまで、警報信号及びレーザ停止信号の生成を継続する(ステップ508)。 Then, the control unit 40 determines the relative positional relationship between the flying object F and the first laser beam L1 (step 505), and generates an alarm signal when the flying object F moves into the second monitoring area A2 (step 505). Step 506) When the projectile F further moves into the first monitoring region A1, a laser stop signal is generated (step 507). The control unit 40 continues to generate the warning signal and the laser stop signal until the projectile F moves to the outside of the first monitoring area A1 and the second monitoring area A2 (step 508).

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made.

例えば以上の実施形態では、宇宙機との光通信を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、地球大気を伝送路に挟んで宇宙機と地上局間においてレーザにより距離計測するシステム(光衛星測距、能動デブリ観測)、地球大気を伝送路に挟んで宇宙機と受電設備間においてレーザによりエネルギを伝送するシステム(光エネルギ伝送)等にも、本発明は適用可能である。また、空間光通信装置に用いるレーザについて、典型例である赤外線レーザとして説明してきたが、これに限るものではなく、可視光を用いてもよい。 For example, in the above embodiments, optical communication with a spacecraft has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, a system (optical satellite distance measurement, active debris observation) that measures the distance between a spacecraft and a ground station with the earth's atmosphere sandwiched between transmission lines, and a laser between the spacecraft and power receiving equipment with the earth's atmosphere sandwiched between transmission lines. The present invention can also be applied to a system (optical energy transmission) or the like that transmits energy by means of. Further, the laser used in the space optical communication device has been described as an infrared laser which is a typical example, but the present invention is not limited to this, and visible light may be used.

また、以上の実施形態では、シーイングモニタ31、受光強度モニタ32等が望遠鏡10の外周部に一体的に取り付けられた例を説明したが、これらの検出部を望遠鏡の内部に設置することも可能である。また、受光強度モニタは、望遠鏡において集光されたダウンリンクレーザ光の受光センサで構成されてもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which the seeing monitor 31, the light receiving intensity monitor 32, and the like are integrally attached to the outer peripheral portion of the telescope 10 has been described, but these detection portions can also be installed inside the telescope. Is. Further, the light receiving intensity monitor may be configured by a light receiving sensor of the downlink laser light focused by the telescope.

さらに以上の実施形態では、第1レーザ光L1の出射方向(ビームポジション)の検出に図8~図11に示したビームモニタ33を用いたが、これに限られず、第1レーザ光L1の出射方向を検出可能な他の構成のビームモニタが採用されてもよい。 Further, in the above embodiment, the beam monitors 33 shown in FIGS. 8 to 11 are used for detecting the emission direction (beam position) of the first laser beam L1, but the present invention is not limited to this, and the emission of the first laser beam L1 is not limited to this. A beam monitor having another configuration capable of detecting the direction may be adopted.

また、実施形態として、第1レーザ光L1のシャッタ224のステイタス(シャッタオープン/クローズ)は、画像表示及び/または音により報知すると共に、ログとして記録するように報知装置及び記録装置を備えてもよい。 Further, as an embodiment, the status (shutter open / close) of the shutter 224 of the first laser beam L1 may be notified by image display and / or sound, and may be provided with a notification device and a recording device so as to record as a log. good.

10……望遠鏡
20…送信部
31…シーイングモニタ
32…受光強度モニタ
33…ビームモニタ
40…制御部
60…監視ユニット
61…熱赤外線カメラ
62…レーダー装置
63…データ取得装置
G…空間光通信装置
A1…第1監視領域
A2…第2監視領域
L1…第1レーザ光(アップリンク)
L2…第2レーザ光(ダウンリンク)
S…宇宙機
10 ... Telescope 20 ... Transmitter 31 ... Seeing monitor 32 ... Light receiving intensity monitor 33 ... Beam monitor 40 ... Control unit 60 ... Monitoring unit 61 ... Thermal infrared camera 62 ... Radar device 63 ... Data acquisition device G ... Spatial optical communication device A1 ... 1st monitoring area A2 ... 2nd monitoring area L1 ... 1st laser beam (uplink)
L2 ... 2nd laser beam (downlink)
S ... Spacecraft

Claims (11)

宇宙機へ向けて第1レーザ光を送信する送信部と、
前記宇宙機から送信される第2レーザ光を受信する受信部と、
前記第1レーザ光の出射方向上空を飛行する飛翔体を監視する監視ユニット、
前記第1レーザ光の前記送信部からの出射方向を検出するビームモニタと、
前記ビームモニタの出力に基づいて前記第1レーザ光の周囲を区画する第1監視領域を設定し、前記監視ユニットの出力に基づいて前記飛翔体の前記第1監視領域への進入を判定したときに前記第1レーザ光の送信を停止させる制御信号を生成する制御部と
を具備する空間光通信装置。
A transmitter that transmits the first laser beam to the spacecraft,
A receiving unit that receives the second laser beam transmitted from the spacecraft, and
A monitoring unit that monitors a flying object flying over the emission direction of the first laser beam,
A beam monitor that detects the emission direction of the first laser beam from the transmitting unit, and
When a first monitoring area for partitioning the periphery of the first laser beam is set based on the output of the beam monitor, and the entry of the projectile into the first monitoring area is determined based on the output of the monitoring unit. A spatial optical communication device including a control unit that generates a control signal for stopping the transmission of the first laser beam.
請求項1に記載の空間光通信装置であって、
前記制御部は、前記飛翔体が前記送信部から遠ざかるほど前記第1監視領域を広く設定する
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to claim 1.
The control unit is a spatial optical communication device that sets the first monitoring area wider as the flying object moves away from the transmission unit.
請求項1又は2に記載の空間光通信装置であって、
警報器をさらに具備し、
前記制御部は、前記第1監視領域の周囲を区画する第2監視領域をさらに設定し、前記飛翔体の前記第2監視領域への進入を判定したときに前記警報器を発動させる制御信号を生成する
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to claim 1 or 2.
Equipped with an alarm
The control unit further sets a second monitoring area that partitions the periphery of the first monitoring area, and outputs a control signal for activating the alarm when the flying object is determined to enter the second monitoring area. Spatial optical communication device to generate.
請求項1~3のいずれか1つに記載の空間光通信装置であって、
前記ビームモニタは、前記第1レーザ光の大気での散乱光を撮影するカメラユニットを有し、
前記カメラユニットは、所定の角度で相互に交差する2つの方向から観察した前記散乱光の画像を取得する
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to any one of claims 1 to 3.
The beam monitor has a camera unit that captures scattered light of the first laser beam in the atmosphere.
The camera unit is a spatial optical communication device that acquires an image of the scattered light observed from two directions intersecting each other at a predetermined angle.
請求項1~4のいずれか1つに記載の空間光通信装置であって、
前記監視ユニットは、監視距離がそれぞれ異なる複数の監視装置を含む
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to any one of claims 1 to 4.
The monitoring unit is a spatial optical communication device including a plurality of monitoring devices having different monitoring distances.
請求項5に記載の空間光通信装置であって、
前記監視ユニットは、熱赤外線カメラを含む
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to claim 5.
The monitoring unit is a spatial optical communication device including a thermal infrared camera.
請求項5に記載の空間光通信装置であって、
前記監視ユニットは、レーダー装置を含む
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to claim 5.
The monitoring unit is a spatial optical communication device including a radar device.
請求項5に記載の空間光通信装置であって、
前記監視ユニットは、前記飛翔体から送信される識別情報を受信する受信装置を含む
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to claim 5.
The monitoring unit is a spatial optical communication device including a receiving device that receives identification information transmitted from the flying object.
請求項1~8のいずれか1つに記載の空間光通信装置であって、
前記第1レーザ光、前記飛翔体及び前記第1監視領域の相対位置関係を表示することが可能な表示部をさらに具備する
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to any one of claims 1 to 8.
A spatial optical communication device further comprising a display unit capable of displaying the relative positional relationship between the first laser beam, the flying object, and the first monitoring region.
請求項1~9のいずれか1つに記載の空間光通信装置であって、
前記第2レーザ光を受光する受光面を有し、前記第2レーザ光の伝播経路上における大気に揺らぎを検出するシーイングモニタをさらに具備し、
前記制御部は、前記シーイングモニタの出力に基づいて、前記第1監視領域の広さを設定する
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to any one of claims 1 to 9.
A seeing monitor having a light receiving surface for receiving the second laser beam and detecting fluctuations in the atmosphere on the propagation path of the second laser beam is further provided.
The control unit is a spatial optical communication device that sets the size of the first monitoring area based on the output of the seeing monitor.
請求項1~10のいずれか1つに記載の空間光通信装置であって、
前記第2レーザ光の受光強度を検出する受光強度モニタをさらに具備し、
前記制御部は、前記受光強度モニタの出力に基づいて、前記第1レーザ光の拡がり角及びパワーを制御する制御信号を生成する
空間光通信装置。
The spatial optical communication device according to any one of claims 1 to 10.
A light receiving intensity monitor for detecting the light receiving intensity of the second laser beam is further provided.
The control unit is a spatial optical communication device that generates a control signal for controlling the spread angle and power of the first laser beam based on the output of the light receiving intensity monitor.
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