JP7127914B1 - 通信計画装置、衛星、および衛星システム - Google Patents

Abstract

【課題】衛星間光通信において予め決定された通信スケジュールにない通信機会をオンデマンドで設定することにより、フレキシブルな通信を実現するための技術を提供することである。【解決手段】本開示の一態様は、光通信部を有する衛星と地球局との間の通信を中継する中継衛星の軌道を予測する軌道予測部と、予測した前記軌道に基づいて、前記衛星と前記地球局との間で予め計画されていない通信である非計画通信が生じる可能性がある非計画通信期間において、前記光通信部が前記中継衛星を指向追尾するように前記光通信部を制御する制御情報を作成する作成部と、を備える。【選択図】図１０

Description

本開示は、通信計画装置、衛星、および衛星システムに関する。

ユーザ企業などの事業者が運用する衛星（例えば、観測衛星、通信衛星など）と地球局とが、中継衛星を介して通信する技術が検討されている。当該技術において、衛星と中継衛星とが光通信によって衛星間通信を行う衛星間光通信の利用が検討されている。

これまで検討されている衛星間光通信では、中継衛星と衛星との間の通信は、中高度軌道を周回する中継衛星と低軌道を周回する衛星との位置関係に基づき事前に設定された通信計画（以下、通信スケジュール、スケジューリングなどと言う）に従って行われる。中継衛星は、事前に設定されたスケジュールに従って所定の衛星と通信接続を確立し、当該衛星との間でデータを送受信する。

衛星間光通信では、既知の宇宙空間光通信技術を適用可能である。例えば、特開２００１－２０３６４１号公報は、空間光通信において補足追尾及び指向が可能な空間光伝送装置について開示している。また、特開２０１６－１００８５５号公報は、自由空間光通信においてデータと制御情報とを重畳して伝送する送受信装置について開示している。

特開２００１－２０３６４１号公報 特開２０１６－１００８５５号公報

従来の衛星間光通信では、中継衛星と衛星とは、各衛星を運用する事業者が事前に設定した通信スケジュールに定められた時間帯にしか通信を実行することができず、通信機会に関するフレキシビリティを欠いている。このため、通信スケジュールに設定されていない期間においては、衛星を運用する事業者がすぐに衛星と通信して衛星からデータを取得することを所望しても、そのニーズに対応できないという課題がある。

本開示は、衛星間光通信において予め決定された通信スケジュールにない通信機会をオンデマンドで設定可能とすることにより、フレキシブルな通信を実現する技術を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、光通信部を有する衛星と地球局との間の通信を中継する中継衛星の軌道を予測する軌道予測部と、予測した前記軌道に基づいて、前記衛星と前記地球局との間で予め計画されていない通信である非計画通信が生じる可能性がある非計画通信期間に亘って、前記光通信部が前記中継衛星を指向追尾するように前記光通信部を制御する制御情報を作成する作成部と、を備える。

本開示によれば、衛星間光通信において予め決定された通信スケジュールにない通信機会をオンデマンドで設定することを可能とし、フレキシブルな通信を実現するための技術を提供することができる。

本開示の一実施の形態における衛星と中継衛星とを示す概略図である。 本開示の一実施の形態における地球局と衛星との通信可能範囲を示す概略図である。 本開示の一実施の形態における中継衛星を介した地球局と衛星との通信を示す概略図である。 本開示の一実施の形態における衛星及び中継衛星のハードウェア構成を示すブロック図である。 本開示の一実施の形態における通信計画装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 本開示の一実施の形態における衛星の機能ブロック構成を示すブロック図である。 本開示の一実施の形態における中継衛星の機能ブロック構成を示すブロック図である。 本開示の一実施の形態における通信計画装置の機能ブロック構成を示すブロック図である。 本開示の一実施例による非計画通信の開始手順を示す概略図である。 本開示の一実施の形態において非計画通信準備完了状態となる前の衛星システムの動作例を示すシーケンス図である。 本開示の一実施の形態において非計画通信の開始時における衛星システムの動作例を示すシーケンス図である。

以下、図面を参照して本開示の一実施の形態としての衛星システムについて説明する。

［衛星システム］
図１に示されるように、衛星システム１０は、地球局５０、衛星１００、中継衛星２００、及び通信計画装置３００を有する。図１には、３つの衛星１００と２つの中継衛星２００が示されているが、本開示はこれに限定されない。衛星１００の数は１つであってもよいし、３以外の複数であってもよい。中継衛星２００の数は１つであってもよいし、２以外の複数であってもよい。また、地球上を周回する中継衛星２００との通信を常時確保するために、地球上の複数の国または地域に地球局５０が複数あってもよい。

本実施の形態では、衛星１００と中継衛星２００とは、異なる軌道で地球を周回している。例えば、衛星１００が観測衛星である場合、複数の衛星１００を利用して地球全域を観測できるように、複数の衛星１００に衛星コンステレーションを構築させて、所定の配置で周回させてもよい。

衛星１００は、限定することなく、観測衛星、通信衛星など、所定の機能を備え、所定の高度の軌道を周回する人工衛星である。

中継衛星２００は、限定することなく、地球局５０と衛星１００との間のデータ送受信のための中継局として機能する。本実施の形態において、中継衛星２００は、衛星１００より高度が高い軌道を周回している。典型的には、中継衛星２００は、複数の衛星１００をカバーすることができる。

例えば、衛星１００は低軌道（ＬＥＯ：Low Earth Orbit）を周回する。低軌道は、例えば、地表から約２０ｋｍ～２,０００ｋｍの高度に位置する。また、例えば、中継衛星２００は中高度軌道（ＭＥＯ：Medium Earth Orbit）を周回する。中高度軌道は、例えば、地表から約１,０００ｋｍ～３６,００００ｋｍの高度に位置する。これにより、地球局５０から見て、衛星１００及び中継衛星２００の位置は、時間によって変化する。また、衛星１００と中継衛星２００との相対位置も、時間によって変化する。

地球局５０は、衛星１００と直接、または中継衛星２００を介して通信する通信局である。また、地球局５０が複数ある場合、中継衛星運用事業者３０は、ある地球局５０＿１（図示せず）を、中継衛星２００を介した衛星１００との通信には使用せず、中継衛星２００との通信のみに使用しても良い。図１に示す例では、地球局５０は地上に設置されているが、本開示における地球局はこれに限定されない。本開示における地球局は、例えば、成層圏などに構築された非地上系ネットワーク（ＮＴＮ：Non-Terrestrial Network）の通信局であってもよい。地球局５０は、例えば、中継衛星運用事業者３０、衛星運用事業者４０、及び通信計画装置３００と、インターネットなどのネットワーク２０を介して通信接続されうる。地球局５０が衛星１００から取得した情報は、インターネットを介して中継衛星運用事業者３０、衛星運用事業者４０、及び／又は通信計画装置３００に渡される。

図２に示されるように、地球局５０による衛星１００との通信可能範囲は、地球局５０の可視範囲によって規定される。図２に示す例では、地球局５０は、通信可能範囲内に存在する衛星１００＿２とは通信可能である一方、通信不可範囲内に存在する衛星１００＿１とは通信不可である。

一方、図３に示されるように、地球局５０は、通信可能範囲内に存在する中継衛星２００を利用して、中継衛星２００を介して通信不可範囲内に存在する衛星１００＿１と通信することが可能になる。

通信計画装置３００は、衛星１００と中継衛星２００との衛星間光通信に関する通信計画を行う装置である。通信計画装置３００は、例えばＰＣ（Personal Computer）などのコンピュータである。通信計画装置３００は、例えば中継衛星運用事業者３０により管理及び／又は運営される。通信計画装置３００の詳細については、後述する。

［本開示の概略］
中継衛星２００を介した地球局５０と衛星１００との通信は、通常は予め設定された通信スケジュールに基づいて行われる。通信スケジュールは、中継衛星運用事業者３０及び／又は衛星運用事業者４０によって事前に設定された、地球局５０と衛星１００とが中継衛星２００を介した通信を行う時刻又は時間帯を示すスケジュールである。通信スケジュールは、例えば現在時刻より後の所定時刻から所定期間分、予め設定され、衛星システム１０全体で共有される。

所定期間は、例えば２４時間、又は４８時間などに設定される。通信スケジュールは、当該所定期間における衛星１００及び中継衛星２００の予測軌道に基づいて設定される。本実施の形態では、ある衛星１００の通信スケジュールは、通信を行う時間（時間帯または時刻）と、複数存在する中継衛星２００のうち、どの中継衛星２００に通信を中継させるかを示す情報と、を含んで設定される。

本明細書において、通信スケジュールに従った通信、すなわち予め計画された通信を、計画通信と記載する。そして、通信スケジュールに従った計画通信が行われる期間を、計画通信期間と記載する。

一方、計画通信期間以外の期間において、衛星運用事業者４０又は中継衛星運用事業者３０が、地球局５０と衛星１００との間の即時通信を所望することがある。具体例を挙げると、衛星１００が観測衛星である場合に、地球上のある地域で地震、津波、噴火、火災などの自然災害、又はテロなどのイベントが生じたとすると、衛星運用事業者４０は衛星１００によるイベント発生地の観測データを即座に取得したいと考えることがある。このような場合、衛星運用事業者４０は、予め決定された通信スケジュールにない通信機会を中継衛星運用事業者３０に要求し、中継衛星２００を介した衛星１００と地球局５０との通信をオンデマンドで設定する必要がある。

本実施の形態では、このように予め設定された計画通信期間以外の期間における、予め決定された通信スケジュールにない衛星間光通信の機会をオンデマンドで設定する技術について詳細に説明する。以下の説明において、計画通信期間以外の期間に行われる、衛星１００と中継衛星２００との予め決定された通信スケジュールにない通信を、非計画通信と記載する。また、衛星１００が中継衛星２００から予め計画されていない非計画通信を要求する信号を受信する可能性がある期間を、非計画通信期間と記載する。

［衛星及び中継衛星のハードウェア構成］
衛星１００及び中継衛星２００は、例えば、図４に例示するハードウェア構成を有する。衛星１００及び中継衛星２００はそれぞれ、コマンド＆データハンドリング系１０１、ミッション系１０２、通信系１０３、機構・熱構造系１０４、姿勢制御系１０５、及び電源系１０６に分類されるハードウェアを有している。

コマンド＆データハンドリング系１０１は、受信したコマンドを処理すると共に、当該衛星の状態データ、ミッションデータなどを処理する。例えば、コマンド＆データハンドリング系１０１は、データ処理用の処理回路を有し、当該処理回路を利用して、後述される各種機能部を実現する。

ミッション系１０２は、各衛星に特有の機能（ミッション）を実現する。例えば、当該衛星が地球観測衛星である場合、ミッション系１０２は、センサとデータ処理装置などから構成されうる。また、当該衛星が通信衛星である場合、ミッション系１０２は、データ中継用のアンテナ、通信機器などから構成されうる。

通信系１０３は、地球局５０からの指令（コマンド）を受信すると共に、衛星の状態、衛星による観測データ、テレメトリなどを地球局５０に送信する通信機器、アンテナなどから構成されうる。また、衛星１００の通信系１０３は、衛星の周囲を撮像するカメラを有し、宇宙空間などの非地上領域を撮像すると共に、衛星間光通信のためのビーコン光及び通信光を受光及び発光する光通信系１０３Ａを備える。例えば、カメラは常時、所定のフレームレート（例えば、３０ｆｐｓ）で衛星の周囲の非地上領域を撮像し、撮像した非地上領域の画像フレームをコマンド＆データハンドリング系１０１などににわたす。

機構・熱構造系１０４は、衛星本体、太陽電池パネルなどの可動展開物、及び衛星内温度の安定化及び排熱を行う機構から構成される。

姿勢制御系１０５は、衛星の位置及び／又は姿勢を測定するセンサ、衛星の高度及び／又は姿勢を変える推進器などから構成され、衛星の軌道上の位置及び／又は姿勢を制御する。

電源系１０６は、衛星において使用される電力を制御及び管理する。例えば、電源系１０６は、太陽電池で発電された電力をバッテリに充電したり、衛星内の各系に必要とされる電力を供給したりする。

なお、上述したハードウェア構成は単なる一例であり、本開示に係る衛星１００及び中継衛星２００は、他の適切なハードウェア構成により実現されてもよい。また、上述した各系のグルーピングは単なる一例であり、他のグルーピングによって衛星１００及び中継衛星２００のハードウェア構成が説明されてもよい。例えば、衛星のミッションに応じて同一の機器・機構が異なる系に分類されてもよい。例えば、中継衛星２００は、光通信によるデータ中継を主たるミッションとするため、光通信機（例えば、カメラ、光伝送装置など）及びデータ中継機器は、ミッション系１０２に分類されてもよい。他方、衛星１００は、地球観測などをミッションとするため、観測用の各種センサとデータ処理装置などがミッション系１０２に分類され、中継衛星２００との光通信機（例えば、カメラ、光伝送装置など）が通信系１０３に分類されてもよい。

［通信計画装置３００のハードウェア構成］
次に、図５を参照して、通信計画装置３００を構成するコンピュータ１０００のハードウェア構成について説明する。図２は、コンピュータ１０００のハードウェア構成の一例を示す図である。

コンピュータ１０００は、キーボードやマウス、タッチパッドなどの入力装置１００１、ディスプレイやスピーカーなどの出力装置１００２、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００３、ＲＯＭ（Read Only Memory）１００４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００５、ハードディスク装置やＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶装置１００６、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどの記録媒体から情報を読み取る読取装置１００７、ネットワークを介して通信を行う送受信装置１００８を備え、各部はバス１００９により接続される。

そして、読取装置１００７は、通信計画装置３００の機能を実現するためのプログラムを記録した記録媒体からそのプログラムを読み取り、記憶装置１００６に記憶させる。あるいは、送受信装置１００８が、ネットワークに接続されたシステム装置と通信を行い、システム装置からダウンロードした通信計画装置３００の機能を実現するためのプログラムを記憶装置１００６に記憶させる。

そして、ＣＰＵ１００３が、記憶装置１００６に記憶されたプログラムをＲＡＭ１００５にコピーし、そのプログラムに含まれる命令をＲＡＭ１００５から順次読み出して実行することにより、通信計画装置３００の機能が実現される。

［衛星のソフトウェア構成］
次に、図６を参照して、本開示の一実施の形態に係る衛星１００の機能ブロック構成について説明する。

図６に示されるように、衛星１００は、通信部１１０、光通信部１２０、及び指向追尾部１３０を有する。各機能ブロックの処理は、上述したハードウェア構成が含む系の何れか、ハードウェア構成が含む系を制御するソフトウェア、又はそれらの組み合わせによって実現されうる。

通信部１１０は、地球局５０との通信を行う。これにより、衛星１００が地球局５０の通信可能範囲にある間、衛星１００と地球局５０との間でデータ送受信が可能となる。通信部１１０は、地球局５０から、計画通信期間における中継衛星２００との計画通信のための通信スケジュール情報、及び、非計画通信期間において中継衛星２００を指向追尾するための制御情報を受信する。制御情報の詳細については後述する。

光通信部１２０は、中継衛星２００との衛星間光通信を行う。光通信部１２０は、ビーコン光検出部１２１と、通信確立部１２２と、通信実行部１２３と、を有する。

ビーコン光検出部１２１は、計画通信期間において、中継衛星２００との衛星間光通信の開始時に、中継衛星２００が通信スケジュールに基づいて送信したビーコン光を検出する。ビーコン光検出部１２１は、さらに、非計画通信期間において、中継衛星２００が地球局５０から受信した通信要求に応じて送信したビーコン光を検出する。ビーコン光検出部１２１は、衛星１００が有するカメラが撮像した中継衛星２００を含む領域の画像から、光信号を取得し、画像処理によってビーコン光候補となる輝点を抽出し、抽出した輝点の判定処理に基づいてビーコン光を検出する。または、ビーコン光検出部１２１は、後述の指向追尾部１３０により指向追尾している特定の中継衛星２００から直接受信したビーコン光を検出してもよい。この場合、衛星１００がカメラを有する必要がなく、衛星１００の製造コストを抑えることができる。

通信確立部１２２は、ビーコン光検出部１２１が自衛星に対する通信要求を含むビーコン光を検出すると、中継衛星２００との通信確立手順を開始する。例えば、通信確立部１２２は、ビーコン光に含まれる通信要求に対する応答を示す応答信号を中継衛星２００に送信し、中継衛星２００と衛星１００との間で予め規定された通信確立手順に従って通信接続を確立する。応答信号には、例えば衛星１００の識別子と中継衛星２００の識別子などが含まれる。

通信実行部１２３は、中継衛星２００との通信接続が確立されると、通信光を使用して中継衛星２００と衛星間光通信を実行する。なお、何らかの理由で通信を確立できなかった場合、光通信部１２０は、既定回数リトライを実行する。リトライしても通信を確立できなかった場合、衛星１００は、通信を確立できなかったことを示す情報を、地球局５０を介して中継衛星運用事業者３０及び／又は衛星運用事業者４０に通知してもよい。

指向追尾部１３０は、非計画通信期間に指向追尾すべき特定の中継衛星２００の位置情報を含む制御情報に基づいて、非計画通信期間において、光通信系１０３Ａ（図４参照）が特定の中継衛星２００を指向追尾するように光通信部１２０を制御する。これにより、非計画通信期間において、光通信部１２０は特定の中継衛星２００からのビーコン光を検出しやすくなり、短時間で非計画通信を確立させることができるようになる。

［中継衛星２００のソフトウェア構成］
次に、図７を参照して、本開示の一実施の形態に係る中継衛星２００のソフトウェア構成について説明する。

［中継衛星］
図７に示されるように、中継衛星２００は、通信部２１０、及び光通信部２２０を有する。各ソフトウェアの機能は、上述したハードウェア構成が含む系の何れか又は組み合わせによって実現されうる。

通信部２１０は、地球局５０との通信を行う。これにより、中継衛星２００と地球局５０との間でデータ送受信が可能となる。通信部２１０は、地球局５０から、計画通信期間における中継衛星２００との計画通信のための通信スケジュール情報、及び、非計画通信期間における衛星１００との非計画通信の開始要求を含む通信要求情報を受信する。

光通信部２２０は、衛星１００との衛星間光通信を行う。光通信部２２０は、光信号送受信部２２１と、通信確立部２２２と、通信実行部２２３と、を有する。

光信号送受信部２２１は、地球局５０から受信した通信スケジュール情報又は通信要求情報に応じて衛星１００にビーコン光を送信し、ビーコン光を検出した衛星１００からの応答信号を受信する。例えば、ビーコン光は、衛星１００との光通信接続の確立後に送信される通信光よりも指向性が低い（発散角が大きい）光信号であってもよい。この場合、ビーコン光は、通信光より相対的に広い領域に送信されるので、衛星１００がビーコン光を受信することが容易になる。または、光信号送受信部２２１は、通信光と同程度、又はより指向性が高い（発散角が小さい）光信号を、衛星１００がいる可能性がある範囲に向けて走査するようにしてもよい。

光信号送受信部２２１は、符号化された情報を示す所定の明滅パターンを有するビーコン光を送信してもよい。この明滅パターンにより、ビーコン光を受信した衛星１００は、ビーコン光が自衛星宛てのものであるか判定することができる。

光信号送受信部２２１は、衛星１００からの応答信号を受信すると、応答信号に含まれる、衛星１００の識別子と中継衛星２００の識別子に基づいて、受信した応答信号が自衛星宛ての応答信号であるか否かを判定する。

通信確立部２２２は、光信号送受信部２２１が自衛星当ての応答信号を受信すると、衛星１００との通信確立手順を開始する。例えば、通信確立部２２２は、中継衛星２００と衛星１００との間で予め規定された通信確立手順に従って通信接続を確立する。

通信実行部２２３は、衛星１００との通信接続が確立されると、通信光を使用して衛星１００と衛星間光通信を実行する。なお、何らかの理由で通信を確立できなかった場合、光通信部２２０は、既定回数リトライを実行する。リトライしても通信を確立できなかった場合、中継衛星２００は、通信を確立できなかったことを示す情報を、地球局５０を介して中継衛星運用事業者３０及び／又は衛星運用事業者４０に通知してもよい。

［通信計画装置３００の機能ブロック構成］
次に、図８を参照して、本開示の一実施の形態に係る通信計画装置３００の機能ブロック構成について説明する。

図８に示すように、通信計画装置３００は、通信部３１０、軌道予測部３２０、作成部３３０を有する。

通信部３１０は、ネットワーク２０、及び地球局５０を介して、衛星１００及び／又は中継衛星２００と通信を行う。これにより、通信部３１０は、衛星１００及び／又は中継衛星２００に対して各種情報を送信することができる。

軌道予測部３２０は、計画通信期間における、衛星１００および／又は中継衛星２００の軌道を予測する。軌道予測部３２０は、さらに、非計画通信期間における、衛星１００および中継衛星２００の軌道を予測する。軌道予測部３２０が衛星１００および中継衛星２００の軌道を予測するための技術については既知の技術を利用することができる。軌道予測技術の一例として、カルマンフィルタを用いたものがある。なお、軌道予測部３２０は、衛星１００の軌道予測の情報を衛星１００の衛星運用事業者４０から受信してもよい。

作成部３３０は、衛星１００と中継衛星２００との間で非計画通信を行わせるために、衛星１００に送信される制御情報及び中継衛星２００に送信される通信要求情報を作成する。なお、制御情報は、軌道予測部３２０が予測した非計画通信期間における中継衛星２００の軌道に基づいて、衛星１００の衛星運用事業者４０が作成してもよい。また、作成部３３０が作成した制御情報が衛星１００を運用する衛星運用事業者４０に送信され、衛星運用事業者４０が当該制御情報を含む、衛星１００全体の動作制御をするための全体制御情報をさらに作成してもよい。

作成部３３０は、まず、非計画通信を行わせるための準備として、衛星システム１０の基準時刻における現在時刻より後の特定の時間から特定の期間を非計画通信期間として設定し、当該非計画通信期間において光通信系１０３Ａが特定の中継衛星２００を指向追尾するように衛星１００の光通信部１２０を制御する制御情報を作成する。作成部３３０が作成する制御情報は、あくまで衛星１００に光通信部１２０を制御させるための情報であって、衛星全体の動作制御をするための情報ではない。衛星１００全体の動作制御をするための全体制御情報は、上述したように、衛星運用事業者４０が作成すればよい。

非計画通信期間の例としては、例えば、衛星システム１０の基準時刻における所望の２４時間、又は４８時間である。具体的には、作成部３３０は、衛星システム１０の現在時刻が３月１日午前９時である場合に、３月１日午前１２時から３月３日午前１２時までの４８時間を非計画通信期間と設定するなどである。これらの時刻はあくまで一例であり、適宜変更が可能である。例えば、衛星１００が地球観測衛星であり、衛星運用事業者４０が将来の特定の期間において衛星１００からオンデマンドでデータを取得したい場合には、その特定の期間について、中継衛星運用事業者３０に非計画通信期間の設定を依頼する。また、非計画通信期間は、複数の衛星１００のそれぞれに対して設定できる。非計画通信期間は一度のみ設定されるものではなく、時間の経過とともに、新たな非計画通信期間を随時設定できる。例えば、３月１日午前１２時から３月３日午前１２時までの４８時間が非計画通信期間として設定された後に、時間の経過とともに、３月３日午前１２時から３月５日午前１２時までの４８時間が新たな非計画通信期間として設定されてもよい。

なお、作成部３３０が計画通信期間における衛星１００および／又は中継衛星２００の軌道を予測するための演算量と衛星１００へ制御情報をアップリンクする頻度のバランスを取った結果、本実施の形態では、非計画通信期間を２４時間、又は４８時間に設定している。作成部３３０の演算リソースが十分に大きい場合には非計画通信期間はより長い期間に設定されてもよい。一方、作成部３３０が作成した制御情報、通信要求情報が地球局５０を介して衛星１００又は中継衛星２００に送信される頻度が高くなることを許容する場合には非計画通信期間はより短い期間に設定されてもよい。衛星１００や中継衛星２００の軌道予測及び位置情報は、例えば、太陽系重心天体基準座標系などに基づいて演算、特定される。

作成部３３０は、非計画通信期間に衛星１００が指向追尾すべき特定の中継衛星２００の位置情報を含む制御情報を、衛星１００および中継衛星２００の予測された軌道に基づいて作成する。より詳細には、作成部３３０は、非計画通信期間の各時点における、予測された軌道に基づき推定される衛星１００及び中継衛星２００の相対位置に基づいて、衛星１００の光通信系１０３Ａをどの方角に指向させればよいかを特定し、特定した方角を光通信系１０３Ａに指向させるように制御情報を作成する。

制御情報には、例えば以下のような情報が含まれればよい。すなわち、非計画通信の対象となる衛星１００の識別情報（予め設定されたＩＤなど）、非計画通信の開始時刻（絶対時刻）、衛星１００の所定間隔（例えば、１秒ごと）の予測位置座標情報およびその誤差範囲、などの情報である。なお、予測位置座標情報において、座標系は、太陽系重心天体基準座標系、地心慣性座標系、または地心地球固定座標系などが採用されればよい。

なお、本実施の形態では、中継衛星２００が複数存在するため、ある衛星１００と非計画通信を行いたい場合に、複数の中継衛星２００の中から、当該衛星１００との中継を行わせる中継衛星２００を選択する必要がある。本明細書では、衛星１００との中継を行わせる中継衛星２００を、第１の中継衛星２００＿１と記載することがある。

作成部３３０は、通信要求情報を作成する際に、予測された軌道に基づいて、非計画通信期間の各時点における地球局５０、衛星１００、および中継衛星２００の位置関係を推定し、当該位置関係に基づいて、どの中継衛星２００に中継させるかを決定する。作成部３３０又は衛星運用事業者４０は、非計画通信期間の各時点において、衛星１００から見て決定した第１の中継衛星２００＿１が存在する方角を導出し、衛星１００に送信すべき制御情報を作成する。なお、地球局５０、衛星１００、および中継衛星２００の位置関係は常に変化するので、時間の経過とともに、複数の中継衛星２００のうち、中継させる中継衛星２００を変更する必要が生じることがある。この場合、制御情報は、ある時刻の前後で異なる中継衛星が存在する方角を指向するように光通信系１０３Ａを制御する情報である。

作成部３３０又は衛星運用事業者４０が作成した制御情報は、地球局５０を介して衛星１００にアップリンクされる。制御情報を受信した衛星１００は、非計画通信期間に亘って、制御情報が示す方角に光通信系１０３Ａを向ける。制御情報が示す方角は、その時点の衛星１００から見て第１の中継衛星２００＿１が存在する方角である。これにより、衛星１００は、非計画通信期間において中継衛星２００から非計画通信の開始を要求するビーコン光が送信された場合に、確実に当該ビーコン光を検出することができるようになる。制御情報は、非計画通信期間の各時点における方角を示しているので、衛星１００は、非計画通信期間中、光通信系１０３Ａを中継衛星２００が存在する方角に向けて指向追尾させ続けることができる。

なお、非計画通信期間の開始時間は、衛星システム１０の現在時刻から、作成部３３０が制御情報を作成し、制御情報が衛星１００によって受信され、中継衛星２００が存在する方角を光通信系１０３Ａに指向させるまでの時間を考慮して決定されることが望ましい。

このように、作成部３３０が作成した制御情報が衛星１００に受信されることにより、非計画通信期間における衛星１００と第１の中継衛星２００＿１との非計画通信の準備が完了する。以下の説明において、制御情報が衛星１００に送信され、第１の中継衛星２００＿１が存在する方角を衛星１００の光通信系１０３Ａが指向追尾している状態を、非計画通信準備完了状態と記載する。

非計画通信準備完了状態では、衛星１００と第１の中継衛星２００＿１との非計画通信はまだ行われていない。非計画通信期間内に、衛星運用事業者４０から通信計画装置３００に対して、非計画通信の開始要求が送信された場合に、作成部３３０は、非計画通信を実際に開始させるための通信要求情報を作成する。

通信要求情報は、非計画通信の開始時間と、当該開始時間における、第１の中継衛星２００＿１から見た衛星１００が存在する方角と、を含む。非計画通信の開始時間は、例えば衛星運用事業者４０により決定される。

作成部３３０は、予測された軌道に基づいて推定した、非計画通信期間の各時点における地球局５０、衛星１００、および中継衛星２００の位置関係により、第１の中継衛星２００＿１から見た衛星１００が存在する方角を導出する。このようにして作成部３３０は通信要求情報を作成する。

作成部３３０が作成した通信要求情報は、地球局５０を介して第１の中継衛星２００＿１にアップリンクされる。通信要求情報を受信した第１の中継衛星２００＿１は、非計画通信の開始期間になったら、通信要求情報に含まれる方角に向かって、光通信を開始するためのビーコン光を送信する。

非計画通信期間中は、衛星１００は光通信系１０３Ａを第１の中継衛星２００＿１の方角に指向追尾させているので、第１の中継衛星２００＿１から送信されたビーコン光は、光通信部１２０により受信される。これにより、第１の中継衛星２００＿１を介して地球局５０と衛星１００との非計画通信を開始させることができるようになる。

［非計画通信の開始手順］
次に、非計画通信の開始手順について説明する。

衛星運用事業者４０は、特定の衛星１００との非計画通信を所望する場合、非計画通信の開始要求を通信計画装置３００に対して送信する。通信計画装置３００は、地球局５０を介して、当該衛星１００と光通信可能な位置にある中継衛星２００に対する通信要求情報を送信する。中継衛星２００は、地球局５０から通信要求情報を受信すると、衛星１００が周回する軌道上にビーコン光を送信する。当該ビーコン光は、例えば、中継衛星２００の識別子と通信相手の衛星１００の識別子とが符号化されたパルス形式の光信号であってもよい。

衛星１００は、ビーコン光を受信すると、内容を解析し、自らが通信相手として中継衛星２００から要求されていると判定すると、ビーコン光の送信元の中継衛星２００との通信接続を確立するための応答信号を返送する。これにより、衛星１００と中継衛星２００との光通信が確立し、中継衛星２００を介して地球局５０と衛星１００との非計画通信が開始される。

図９には、地球局５０と、複数の衛星１００＿１，１００＿２，１００＿３，１００＿４のうちの衛星１００＿３との非計画通信を希望する場合の非計画通信の開始手順の概要が示されている。

地球局５０は、衛星１００＿３との通信を要求する通信要求情報を中継衛星２００に送信する。通信要求情報には、中継衛星２００から見た衛星１００＿３の方角を示す情報が含まれており、中継衛星２００は、当該方角に向けてビーコン光を送信する。

衛星１００＿３は、中継衛星２００が送信したビーコン光を受信する。ここで、衛星１００＿３は、制御情報により、光通信部１２０に中継衛星２００が存在する方角を指向追尾するよう光通信系１０３Ａを制御させている。このため、衛星１００＿３は、中継衛星２００が送信したビーコン光を容易に受信し、検出することができる。

衛星１００＿３は、中継衛星２００からのビーコン光を検出すると、ビーコン光に符号化された中継衛星２００の識別子と要求されている通信相手の識別子とを抽出する。衛星１００＿３は、抽出した通信相手の識別子が自らの識別子と一致するか判定する。本例では、衛星１００＿３の識別子がビーコン光に含まれているため、衛星１００＿３は、自らが通信相手として要求されていると判断し、中継衛星２００との通信確立手順に移行する。所定の通信確立手順に従って衛星１００＿３と中継衛星２００との間の通信接続が確立されると、衛星１００＿３と中継衛星２００とは、光通信によってデータを送受信する。また、ビーコン光は、中継衛星２００の識別子を含まない特定の点滅パターンであっても良く、その場合、ビーコン光を検出した衛星１００は、点滅パターンからビーコン光が所定の中継衛星から送出されたものであることを判別してもよい。

このような手順により、所望のタイミングで、中継衛星２００を介した地球局５０と衛星１００との非計画通信を開始させることができる。

［動作例］
以上、衛星システム１０に含まれる各機能ブロックの処理について説明した。次に、非計画通信期間の始まる前、及び非計画通信期間中における、衛星システム１０の動作例について説明する。

＜非計画通信準備完了状態となる前の衛星システム１０の動作例＞
図１０を参照して、非計画通信準備完了状態となる前の衛星システム１０の各構成の動作例について説明する。

ステップＳ１において、通信計画装置３００は、非計画通信期間を設定する。

ステップＳ２において、通信計画装置３００は、非計画通信期間における衛星１００及び中継衛星２００の軌道予測を行う。

ステップＳ３において、通信計画装置３００は、非計画通信期間の各時点において中継を行わせる中継衛星２００を決定する。

ステップＳ４において、通信計画装置３００は、衛星１００から見た中継衛星２００の方角を導出する。

ステップＳ５において、通信計画装置３００は、非計画通信期間の各時点における中継衛星２００の方角を衛星１００の光通信系１０３Ａに指向させる制御情報を作成する。

ステップＳ６において、通信計画装置３００は、制御情報を地球局５０に対して送信する。

ステップＳ７において、地球局５０は、制御情報を衛星１００に送信（アップリンク）する。ステップＳ７において、地球局５０は、予め計画された計画通信を用いて、中継衛星２００を介して制御情報を衛星１００に送信（アップリンク）してもよいし、衛星１００が地球局５０の通信可能範囲内に来るのを待って、制御情報を中継衛星２００を介さずに衛星１００に直接アップリンクしてもよい。

ステップＳ８において、衛星１００は、制御情報に従い、光通信系１０３Ａに中継衛星２００を指向追尾させる。これにより、衛星システム１０は非計画通信準備完了状態となる。

＜非計画通信の開始時における衛星システム１０の動作例＞
図１１を参照して、非計画通信の開始時における衛星システム１０の動作例について説明する。

ステップＳ１１において、通信計画装置３００は、非計画通信期間中に、衛星運用事業者４０などから非計画通信の開始要求を受信する。

ステップＳ１２において、通信計画装置３００は、要求された非計画通信の開始時間を決定する。通信計画装置３００は、例えば衛星運用事業者４０が開始時間を指定してきた場合には当該時間を開始時間としてもよいし、非計画通信の通信要求情報の作成に要する時間、中継衛星２００へのアップリンクに要する時間、及び中継衛星２００における通信準備に要する時間などを考慮して開始時間を決定してもよい。

ステップＳ１３において、通信計画装置３００は、予測された軌道に基づいて、要求された非計画通信を中継させる第１の中継衛星２００＿１を決定する。

ステップＳ１４において、通信計画装置３００は、予測された軌道に基づいて、非計画通信の開始時間における、第１の中継衛星２００＿１から見た衛星１００の方角を導出する。

ステップＳ１５において、通信計画装置３００は、第１の中継衛星２００＿１に対し、衛星１００の位置情報を含む通信要求情報を作成する。

ステップＳ１６において、通信計画装置３００は、通信要求情報を地球局５０に対して送信する。

ステップＳ１７において、地球局５０は、通信要求情報を第１の中継衛星２００＿１にアップリンクする。

ステップＳ１８において、第１の中継衛星２００＿１は、通信要求情報に基づいて、衛星１００に対し光通信の開始のためのビーコン光を送信する。

ステップＳ１９において、第１の中継衛星２００＿１と衛星１００との間で、衛星間光通信が確立する。

ステップＳ１１０において、第１の中継衛星２００＿１を介して、地球局５０と衛星１００との間で、非計画通信が行われる。

なお、図１１に示す例では、ステップＳ１６およびステップＳ１７において、通信計画装置３００が作成した通信要求情報を、地球局５０を介して第１の中継衛星２００＿１に送信している。しかしながら、衛星１００との通信は行わず、中継衛星２００との通信を行う他の地球局５０＿１を介して、通信計画装置３００が作成した通信要求情報が中継衛星２００に送信されてもよい。

＜作用、効果＞
以上説明したように、本開示に係る衛星システム１０によれば、通信計画装置３００が、予め計画されていない非計画通信が行われる可能性がある非計画通信期間において地球局５０と衛星１００との通信をどの中継衛星２００に中継させるかを予め決定し、衛星１００の光通信系１０３Ａに決定した中継衛星２００を指向追尾させるように衛星１００の光通信部１２０を制御する制御情報を作成する。この制御情報により、衛星１００は、非計画通信期間中、中継を行わせる中継衛星２００が存在する方角を指向し続けることができる。

これにより、実際に非計画通信が開始され、中継衛星２００から衛星１００に向かって衛星間光通信を確立させるためのビーコン光が送信されたとき、衛星１００は即座に送信されたビーコン光を受信し、中継衛星２００との光通信を確立させることができる。

このような構成により、衛星１００が、非計画通信期間において中継衛星２００から衛星１００に向けて送信されたビーコン光を受信できるようになる。

従来技術のように全ての通信が計画通信であることを前提とする場合、衛星１００は計画された通信時間の直前のみ（例えば通信開始の１分前など）、中継衛星２００からのビーコン光を受信するために光通信系１０３Ａが中継衛星２００の方角を向くように制御すれば良く、したがって、衛星１００は消費電力の削減のために通信期間以外は光通信系１０３Ａの向きを制御する必要はない。したがって、予め計画された計画通信しか行うことができない衛星システムの場合、計画通信時間以外の時間は、衛星が中継衛星からのビーコン光を受信する準備をしていないため、計画されていない非計画通信を確実に行うことは非常に困難である。仮に地球局５０が非計画通信を要求する信号を中継衛星２００に送信したとしても、中継衛星２００は予定されていない非計画通信のために衛星１００と光通信を確立させることが困難であるため、目的の衛星１００が地球局５０の通信可能範囲内に存在しない場合、地球局５０は、当該衛星１００が通信可能範囲に来るのを待つ時間が必要となる。

また、仮に中継衛星２００が地球局５０より非計画通信を受信し、衛星１００に対してビーコン光を送信できたとしても、衛星１００がビーコン光を送信するために中継衛星２００を常に捕捉していない場合、衛星１００の光通信系１０３Ａがビーコン光を受信できる可能性は極めて低く、衛星間光通信を確立できない可能性が極めて高い。

一方、本開示に係る衛星システム１０では、予め非計画通信が生じる可能性がある期間を設定しておき、その期間中は衛星１００の光通信部１２０には光通信系１０３Ａが中継衛星２００を指向追尾するよう制御させているので、中継衛星２００が非計画通信を要求する通信要求情報に基づいて即座にビーコン光を衛星１００に送信した場合に、衛星１００が確実にビーコン光を受信して中継衛星２００との間で確実に光通信を確立できる可能性を高めることができる。

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）
光通信部を有する衛星と地球局との間の通信を中継する中継衛星の軌道を予測する軌道予測部と、
予測した前記軌道に基づいて、前記衛星と前記地球局との間で予め計画されていない通信である非計画通信が生じる可能性がある非計画通信期間において、前記光通信部が前記中継衛星を指向追尾するように前記光通信部を制御する制御情報を作成する作成部と、
を備える、通信計画装置。
（付記２）
前記作成部は、予測した前記軌道に基づいて、前記非計画通信期間において、複数の前記中継衛星のうち、前記非計画通信を中継させる第１の中継衛星を時間帯毎に特定し、前記光通信部が前記時間帯毎に前記第１の中継衛星を指向するように前記制御情報を作成する、
付記１に記載の通信計画装置。
（付記３）
前記作成部は、前記地球局から前記衛星に対し、前記非計画通信の要求があった場合に、前記衛星の予測位置を含む通信要求情報を作成する、
付記１または２に記載の通信計画装置。
（付記４）
中継衛星を介して地球局との通信を行う衛星であって、
前記衛星と前記地球局との間で予め計画されていない通信である非計画通信が生じる可能性がある非計画通信期間において、前記非計画通信を中継する前記中継衛星の位置を特定する位置特定情報を受信する通信部と、
前記中継衛星との光通信を行う光通信部と、
前記位置特定情報に基づいて、前記非計画通信期間において、前記光通信部に前記中継衛星を指向追尾させる指向部と、
を備える、衛星。
（付記５）
地球局と、
光通信部を有する衛星と、
前記地球局と前記衛星との通信を中継する中継衛星と、
前記衛星および前記中継衛星の軌道を予測し、予測した前記軌道に基づいて、予め計画されていない通信である非計画通信が生じる可能性がある非計画通信期間において、前記光通信部が前記中継衛星を指向追尾するように前記衛星を制御する制御情報を作成する通信計画装置と、
を備え、
前記衛星は、前記制御情報に基づいて、前記光通信部を前記中継衛星に指向追尾させる、
衛星システム。

［変形例］
以上、本開示の実施の形態について詳述したが、本開示は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上述した実施の形態では、制御情報が、衛星１００から見た中継衛星が存在する位置又は方角を示す情報を含む例について説明した。しかしながら、本開示では、例えば衛星１００が複数の中継衛星２００の軌道予測データを予め保持しており、衛星１００が当該軌道予測データに基づいて、制御情報が示す中継衛星２００位置又は方角を自ら推定してもよい。

同様に、上述した実施の形態では、通信要求情報が、第１の中継衛星２００＿１から見た衛星１００が存在する位置又は方角を示す情報を含む例について説明した。しかしながら、本開示では、例えば中継衛星２００が複数の衛星の軌道予測データを予め保持しており、中継を行う対象となる衛星１００の軌道予測データに基づいて、通信要求情報が示す衛星１００の位置又は方角を自ら推定してもよい。

１０ 衛星システム
２０ ネットワーク
３０ 中継衛星運用事業者
４０ 衛星運用事業者
５０ 地球局
１００ 衛星
１２０ 光通信部
１２１ ビーコン光検出部
１２２ 通信確立部
１２３ 通信実行部
１３０ 指向追尾部
２００ 中継衛星
２１０ 通信部
２２０ 光通信部
２２１ 光信号送受信部
２２２ 通信確立部
２２３ 通信実行部
３００ 通信計画装置
３１０ 通信部
３２０ 軌道予測部
３３０ 作成部

Claims (5)

1. 光通信部を有する衛星と地球局との間の通信を中継する中継衛星の軌道を予測する軌道予測部と、
   予測した前記軌道に基づいて、前記衛星と前記地球局との間で予め計画されていない通信である非計画通信が生じる可能性がある非計画通信期間に亘って、前記光通信部が前記中継衛星を指向追尾するように前記光通信部を制御する制御情報を作成する作成部と、
   を備える、通信計画装置。
2. 前記作成部は、予測した前記軌道に基づいて、前記非計画通信期間において、複数の前記中継衛星のうち、前記非計画通信を中継させる第１の中継衛星を時間帯毎に特定し、前記光通信部が前記時間帯毎に前記第１の中継衛星を指向するように前記制御情報を作成する、
   請求項１に記載の通信計画装置。
3. 前記作成部は、前記地球局から前記衛星に対し、前記非計画通信の要求があった場合に、前記衛星の予測位置を含む通信要求情報を作成する、
   請求項１または２に記載の通信計画装置。
4. 中継衛星を介して地球局との通信を行う衛星であって、
   前記衛星と前記地球局との間で予め計画されていない通信である非計画通信が生じる可能性がある非計画通信期間に亘って、前記非計画通信を中継する前記中継衛星の位置を特定する位置特定情報を受信する通信部と、
   前記中継衛星との光通信を行う光通信部と、
   前記位置特定情報に基づいて、前記非計画通信期間に亘って、前記光通信部に前記中継衛星を指向追尾させる指向部と、
   を備える、衛星。
5. 地球局と、
   光通信部を有する衛星と、
   前記地球局と前記衛星との通信を中継する中継衛星と、
   前記中継衛星の軌道を予測し、予測した前記軌道に基づいて、予め計画されていない通信である非計画通信が生じる可能性がある非計画通信期間に亘って、前記光通信部が前記中継衛星を指向追尾するように前記衛星を制御する制御情報を作成する通信計画装置と、
   を備え、
   前記衛星は、前記制御情報に基づいて、前記光通信部を前記中継衛星に指向追尾させる、
   衛星システム。

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