JP7204934B2

JP7204934B2 - Ａｐｔサブシステム及び宇宙機通信システム

Info

Publication number: JP7204934B2
Application number: JP2021547635A
Authority: JP
Inventors: シ，シュエリアン; ワン，ビン; ワン，ジュン
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2023-01-16
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: CN111130615B; WO2020088511A1; JP2022513381A; CN111130615A; US20210266068A1; US11387903B2; EP3866352A1

Description

［技術分野］
この出願は、宇宙通信技術の分野に関し、特に、APTサブシステム及び宇宙機通信システムに関する。

宇宙技術、特に軌道搬送及び衛星通信技術の開発及び応用によって、衛星間通信技術は現代の通信技術の重要な部分になっている。

衛星間(言い換えると、衛星対衛星)通信技術を使用する従来の衛星間通信システム(衛星間リンク通信システムとも呼ばれる)は、捕捉、指向及び追尾(Acquisition, Pointing, and Tracking, APT)サブシステム及び通信サブシステムを含んでもよい。通信サブシステムは衛星間情報伝送を担い、衛星間通信システムの主要な部分である。APTサブシステムは、衛星の間の捕捉、指向及び追尾(トレースとも呼ばれる)を担う。

現在、APTサブシステムは、通常では光学システムである。光学システムは、レーザを使用することにより、捕捉、指向及び追尾動作を実行する。光学システムは、光学アンテナ、ステッパモータ、光学レンズ、複数の検出器等を含む。光学アンテナの開口部は固定され、光学アンテナのアンテナ方向はステッパモータを通じて調整される。

しかし、レーザは外部振動に影響されやすいので、指向の困難性が高く、情報担体として機能するレーザのエネルギー効率は比較的低い。したがって、上記のAPTサブシステムの捕捉、指向及び追尾効率は比較的低い。

この出願の実施形態は、現在のAPTサブシステムの比較的低い捕捉、指向及び追尾効率の問題を解決するためのAPTサブシステム及び宇宙機通信システムを提供する。技術的解決策は以下の通りである。

第1の態様によれば、APTサブシステムが提供される。APTサブシステムは、
順次接続された第1のコントローラ、第1のテラヘルツトランシーバ及びテラヘルツアンテナアレイを含み、
第1のテラヘルツトランシーバは、テラヘルツ波を変調及び復調するように構成され、
テラヘルツアンテナアレイは、テラヘルツ波を送信及び受信するように構成され、
第1のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することにより他のAPTサブシステムを捕捉、指向及び追尾するように、第1のテラヘルツトランシーバを制御するように構成される。

この出願のこの実施形態において提供されるAPTサブシステムでは、第1のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することによりテラヘルツ波を捕捉、指向及び追尾するように、第1のテラヘルツトランシーバを制御し、テラヘルツ波は、外部振動に影響されにくいので、指向の困難性は比較的低く、エネルギー効率は比較的高い。したがって、APTサブシステムの捕捉、指向及び追尾効率が改善される。

任意選択で、テラヘルツアンテナアレイは、ビーム形成アンテナアレイ、例えば、フェーズドアレイビーム形成アンテナアレイである。テラヘルツアンテナアレイは、位相を調節することによりアンテナのビーム形成を制御してもよい。テラヘルツアンテナアレイは、互いに接続された第1のビーム形成ネットワーク及びアンテナアレイを含み、
第1のテラヘルツトランシーバは、送信されるべき第1のテラヘルツ波を変調し、変調された第1のテラヘルツ波を第1のビーム形成ネットワークに送信するように構成され、第1のビーム形成ネットワークは、変調された第1のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第1のテラヘルツ波をアンテナアレイに送信するように構成され、
アンテナアレイは、処理された第1のテラヘルツ波を送信するように構成され、
アンテナアレイは、第2のテラヘルツ波を受信し、第2のテラヘルツ波を第1のビーム形成ネットワークに送信するように更に構成され、
第1のビーム形成ネットワークは、第2のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第2のテラヘルツ波を取得し、処理された第2のテラヘルツ波を第1のテラヘルツトランシーバに送信するように更に構成され、
第1のテラヘルツトランシーバは、処理された第2のテラヘルツ波に対して復調処理を実行するように更に構成される。

この出願のこの実施形態では、APTサブシステムは、複数の構成アーキテクチャを有してもよい。以下の2つの構成アーキテクチャがこの出願のこの実施形態における説明の例として使用される。

第1の構成アーキテクチャでは、第1のテラヘルツトランシーバは、第1の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを含み、第1のビーム形成ネットワークは、第1の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークを含み、テラヘルツトランシーバ、ビーム形成ネットワーク及びアンテナアレイは順次接続され、
第1のコントローラは、捕捉段階において、第1のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、ビーム形成ネットワークを制御し、追尾段階及び指向段階において、第2のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、ビーム形成ネットワークを制御するように更に構成され、第2のビーム幅は第1のビーム幅よりも大きい。

捕捉段階において、第1のコントローラは、ビーム形成ネットワークを使用することによりアンテナアレイのビーム幅を比較的広い幅に設定し、対応するビーム角も比較的大きい。これは、比較的大きい捕捉範囲及び比較的大きい電磁波伝送範囲を確保し、他のAPTサブシステムの電磁波が迅速に検出できること、又はAPTサブシステムにより伝送された電磁波が他のAPTサブシステムにより迅速に検出できることを確保し、それにより、捕捉確率が改善される。指向段階及び追尾段階において、第1のコントローラは、ビーム形成ネットワークを使用することによりアンテナアレイのビーム幅を比較的狭い幅に設定し、対応するビーム角も比較的小さい。これは、正確な指向及びリアルタイムの追尾を確保する。したがって、この出願のこの実施形態において提供されるAPTサブシステムでは、ビーム幅の微調整の前の粗調整を達成するために、適応的なビーム幅が異なる段階において使用され、それにより、有効な捕捉、指向及び追尾が実現され、捕捉、指向及び追尾の柔軟性が改善される。

第2の構成アーキテクチャでは、第1のテラヘルツトランシーバは、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバと、第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバとを含み、第1のビーム形成ネットワークは、第2の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークと、第3の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークとを含み、アンテナアレイはマルチバンドアンテナアレイのセットを含み、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ、第2の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク及びマルチバンドアンテナアレイは順次接続され、第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ、第3の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク及びマルチバンドアンテナアレイは順次接続され、第2の周波数帯の中心周波数は第3の周波数帯の中心周波数未満であり、
第1のコントローラは、
粗追尾段階において、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの動作を制御し、粗追尾段階は、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの捕捉段階が開始した後に第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が捕捉要件を満たす段階であるか、或いは、粗追尾段階は、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの捕捉段階の開始時点の後の予め設定された期間内の段階であり、
細微追尾段階において、第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの動作を制御し、細微追尾段階は、時系列において粗追尾段階に隣接し且つその後に位置する段階である、
ように構成される。

上記の制御プロセスを使用することにより、第1のコントローラは、異なる周波数の欠点を除去でき、各周波数帯の周波数の利点をできる限り使用し、粗い追尾と細かい追尾との組み合わせを実現し、捕捉、指向及び追尾の柔軟性を改善する。

さらに、第1のコントローラは、各テラヘルツトランシーバの捕捉段階において、第3のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、テラヘルツトランシーバに接続されたビーム形成ネットワークを制御し、各テラヘルツトランシーバの追尾段階及び指向段階において、第4のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、テラヘルツトランシーバに接続されたビーム形成ネットワークを制御するように構成され、第3のビーム幅は第4のビーム幅よりも大きい。

各テラヘルツトランシーバの捕捉段階において、第1のコントローラは、ビーム形成ネットワークを使用することによりアンテナアレイのビーム幅を比較的広い幅に設定し、対応するビーム角も比較的大きい。したがって、比較的広い捕捉範囲及び比較的大きいテラヘルツ波伝送範囲が確保できる。これは、他のAPTサブシステムのテラヘルツ波が迅速に検出できること、又はAPTサブシステムにより伝送されたテラヘルツ波が他のAPTサブシステムにより迅速に検出できることを確保し、それにより、捕捉確率が改善される。各テラヘルツトランシーバの指向段階及び追尾段階において、第1のコントローラは、ビーム形成ネットワークを使用することによりアンテナアレイのビーム幅を比較的狭い幅に設定し、対応するビーム角も比較的小さい。このように、正確な指向及びリアルタイムの追尾が確保できる。したがって、この出願のこの実施形態において提供されるAPTサブシステムでは、ビーム幅の微調整の前の粗調整を達成するために、適応的なビーム幅が、異なる周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの異なる段階において使用され、それにより、有効な捕捉、指向及び追尾が実現され、捕捉、指向及び追尾の柔軟性が改善される。

第2の態様によれば、宇宙機通信システムが提供される。宇宙機通信システムは、
第1の態様によるAPTサブシステムと、
APTサブシステムにより追尾される他のAPTサブシステムが位置する宇宙機通信システム内の他の通信サブシステムと通信するように構成された通信サブシステムと
を含む。

結論として、この出願のこの実施形態において提供される宇宙機通信システムでは、APTサブシステムは、捕捉、指向及び追尾のためにテラヘルツ波を使用し、テラヘルツ波は、外部振動に影響されにくいので、指向の困難性は比較的低く、エネルギー効率は比較的高い。したがって、APTサブシステムの捕捉、指向及び追尾効率が改善される。

任意選択で、通信サブシステムは、
順次接続された第2のコントローラ、第2のテラヘルツトランシーバ及びテラヘルツアンテナアレイを含み、
第2のテラヘルツトランシーバは、テラヘルツ波を変調及び復調するように構成され、
テラヘルツアンテナアレイは、テラヘルツ波を送信及び受信するように構成され、
第2のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することにより他の通信サブシステムと通信するように、第2のテラヘルツトランシーバを制御するように構成される。

この出願のこの実施形態において提供される通信サブシステムでは、第2のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することにより通信を実行するように、第2のテラヘルツトランシーバを制御し、テラヘルツ波は、狭いビーム、良好な指向性及び比較的高いエネルギー効率のような多くの利点を有するので、通信サブシステムの通信効率が改善される。

任意選択で、テラヘルツアンテナアレイは、ビーム形成アンテナアレイ、例えば、フェーズドアレイビーム形成アンテナアレイである。通信サブシステムのテラヘルツアンテナアレイは、互いに接続された第2のビーム形成ネットワーク及びアンテナアレイを含み、
第2のテラヘルツトランシーバは、送信されるべき第3のテラヘルツ波を変調し、変調された第3のテラヘルツ波を第2のビーム形成ネットワークに送信するように構成され、第2のビーム形成ネットワークは、変調された第3のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第3のテラヘルツ波をアンテナアレイに送信するように構成され、
アンテナアレイは、処理された第3のテラヘルツ波を送信するように構成され、
アンテナアレイは、第4のテラヘルツ波を受信し、第4のテラヘルツ波を第2のビーム形成ネットワークに送信するように更に構成され、
第2のビーム形成ネットワークは、第4のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第4のテラヘルツ波を取得し、処理された第4のテラヘルツ波を第2のテラヘルツトランシーバに送信するように更に構成され、
第2のテラヘルツトランシーバは、処理された第4のテラヘルツ波に対して復調処理を実行するように更に構成される。

通信サブシステムでは、ビーム形成アンテナアレイは、ビーム形成方式でテラヘルツ波を受信及び送信し、正確なポイントツーポイント通信を実現するために使用されてもよい。これは、他の通信サブシステムへの干渉を効果的に低減し、いかなる機械的構造も使用せずに、送信アンテナ及び受信アンテナの高利得及び高指向性を確保することができ、それにより、システム構造は実現するのが単純で容易である。

任意選択で、通信システムは、
中央コントローラを更に含み、中央コントローラは第1のコントローラ及び第2のコントローラに別々に接続されるか、或いは、第1のコントローラ及び第2のコントローラは中央コントローラに統合され、
APTサブシステム及び通信サブシステムは、マルチバンドアンテナアレイのセットを共有し、それにより、宇宙機通信システムの全体容積及び重量が低減でき、通信システムの小型化が実現でき、システムの複雑性が低減でき、
第1のテラヘルツトランシーバは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを含み、第1のビーム形成ネットワークは、第4の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークを含み、第4の周波数帯は、第1のテラヘルツトランシーバによりサポートされる周波数帯であり、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ、第4の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク及びマルチバンドアンテナアレイは順次接続され、
第2のテラヘルツトランシーバは、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを含み、第2のビーム形成ネットワークは、第5の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークを含み、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ、第5の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク及びマルチバンドアンテナアレイは順次接続され、
中央コントローラは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ及び第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの切り替えを制御するように構成される。

中央コントローラは、実際のシナリオに基づいて、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御し、それにより、APTサブシステムと通信サブシステムとの間の機能交換を実現してもよい。このように、2つのサブシステムは、もはや独立したシステムではなく、全体システムを形成するように統合され、2つのサブシステムの性能利用はより柔軟的である。

任意選択の実現方式では、中央コントローラは、
第4の周波数帯の中心周波数が第5の周波数帯の中心周波数未満である場合、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が、指定の追尾精度閾値未満であるか否かを決定し、指定の追尾精度閾値は、通信サブシステムの通信要件を満たす最小追尾精度であり、
第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が指定の追尾精度閾値未満であるとき、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプをAPTデータから通信データに切り替え、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプを通信データからAPTデータに切り替える、
ように構成される。

他の任意選択の実現方式では、中央コントローラは、
第2のテラヘルツトランシーバの第2の通信容量が通信容量閾値未満であるか否かを検出し、
第2の通信容量が通信容量閾値未満であるとき、第1のテラヘルツトランシーバの第1の通信容量を取得し、
第1の通信容量が通信容量閾値未満でないとき、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプをAPTデータから通信データに切り替え、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを第1のテラヘルツトランシーバに切り替え、或いは、
第1の通信容量が通信容量閾値未満であるとき、第1の通信容量と第2の通信容量とを比較し、
第1の通信容量が第2の通信容量よりも大きいとき、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプをAPTデータから通信データに切り替え、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプを通信データからAPTデータに切り替える、
ように構成される。

上記の2つの任意選択の実現方式は、実際の状況に基づいて更に組み合わされてもよい。

第3の態様によれば、宇宙機が提供される。第2の態様によるいずれかの宇宙機通信システムは、宇宙機に配置される。

第4の態様によれば、宇宙通信システムが提供される。宇宙通信システムは、少なくとも2つの宇宙機を含み、各宇宙機は、第3の態様による宇宙機でもよい。

第5の態様によれば、宇宙通信方法が提供され、当該方法は、
APTサブシステムを使用することにより他のAPTサブシステムのテラヘルツ波を捕捉するステップと、
他のAPTサブシステムのテラヘルツ波が捕捉された後に、テラヘルツ波を使用することにより他のAPTサブシステムを指向及び追尾するステップと
を含む。

任意選択で、当該方法は、
捕捉段階において、第1のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、APTサブシステムを制御し、追尾段階及び指向段階において、第2のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、APTサブシステムを制御するステップであり、第2のビーム幅は第1のビーム幅よりも大きい、ステップを更に含む。

任意選択で、当該方法は、
粗追尾段階において、第2の周波数帯のテラヘルツ波を伝送するように、APTサブシステムを制御するステップであり、粗追尾段階は、APTサブシステムの捕捉段階が開始した後にAPTサブシステムの追尾精度が捕捉要件を満たす段階であるか、或いは、粗追尾段階は、APTサブシステムの捕捉段階の開始時点の後の予め設定された期間内の段階である、ステップと、
細微追尾段階において、第3の周波数帯のテラヘルツ波を伝送するように、APTサブシステムを制御するステップであり、細微追尾段階は、時系列において粗追尾段階に隣接し且つその後に位置する段階であるステップと、
を更に含む。

さらに、当該方法は、
APTサブシステムが各周波数帯のテラヘルツ波を伝送するプロセスで、捕捉段階において、第3のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、APTサブシステムを制御し、追尾段階及び指向段階において、第4のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、APTサブシステムを制御するステップであり、第3のビーム幅は第4のビーム幅よりも大きい、ステップを含む。

任意選択で、当該方法は、
通信サブシステムを使用することにより、APTサブシステムにより追尾される他のAPTサブシステムが位置する宇宙機通信システム内の他の通信サブシステムと通信するステップを更に含む。

任意選択で、当該方法は、
第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えを制御するステップを更に含む。言い換えると、切り替え後のAPTサブシステムは第5の周波数帯をサポートし、切り替え後の通信サブシステムは第4の周波数帯をサポートする。

任意選択の実現方式では、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えを制御するステップは、
第4の周波数帯の中心周波数が第5の周波数帯の中心周波数未満である場合、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムの追尾精度が、指定の追尾精度閾値未満である否かを決定するステップであり、指定の追尾精度閾値は、通信サブシステムの通信要件を満たす最小追尾精度である、ステップと、
第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムの追尾精度が指定の追尾精度閾値未満であるとき、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えを実行するステップと
を含む。

他の任意選択の実現方式では、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えを制御するステップは、
通信サブシステムの第2の通信容量が通信容量閾値未満であるか否かを検出するステップと、
第2の通信容量が通信容量閾値未満であるとき、APTサブシステムの第1の通信容量を取得するステップと、
第1の通信容量が通信容量閾値未満でないとき、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えを実行するステップ、又は
第1の通信容量が通信容量閾値未満であるとき、第1の通信容量と第2の通信容量とを比較するステップ、及び
第1の通信容量が第2の通信容量よりも大きいとき、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えを実行するステップと
を含む。

上記の2つの任意選択の実現方式は、特定の状況に基づいて更に組み合わされてもよい。

第6の態様によれば、制御デバイスが提供される。制御デバイスは、少なくとも1つのモジュールを含んでもよく、少なくとも1つのモジュールは、第5の態様によるデータ記憶方法を実現するように構成されてもよい。

第7の態様によれば、制御デバイスが提供される。制御デバイスは、
プロセッサと、
プロセッサの実行可能命令を記憶するためのメモリと
を含み、
実行可能命令を実行したとき、プロセッサは、第5の態様による宇宙通信方法を実現できる。

第8の態様によれば、コンピュータ読み取り可能記憶媒体が提供され、コンピュータ読み取り可能記憶媒体は命令を記憶し、コンピュータ読み取り可能記憶媒体は不揮発性コンピュータ読み取り可能記憶媒体でもよい。読み取り可能記憶媒体が処理コンポーネント上で動作したとき、処理コンポーネントは、第1の態様による宇宙通信方法を実行することが可能になる。

第9の態様によれば、チップが提供され、チップは、プログラム可能論理回路及び/又はプログラム命令を含み、動作したとき、チップは、第5の態様による宇宙通信方法を実現するように構成される。

結論として、この出願の実施形態において提供されるAPTサブシステム及び宇宙機通信システムでは、APTサブシステムにおいて、第1のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することによりテラヘルツ波を捕捉、指向及び追尾するように、第1のテラヘルツトランシーバを制御し、テラヘルツ波は、外部振動に影響されにくいので、指向の困難性は比較的低く、エネルギー効率は比較的高い。したがって、APTサブシステムの捕捉、指向及び追尾効率が改善される。さらに、通信サブシステムでは、第2のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することにより通信を実行するように、第2のテラヘルツトランシーバを制御し、テラヘルツ波は、狭いビーム、良好な指向性及び比較的高いエネルギー効率のような多くの利点を有するので、通信サブシステムの通信効率が改善される。さらに、宇宙機通信システム内の中央コントローラは、実際のシナリオに基づいて、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御し、それにより、APTサブシステムと通信サブシステムとの間の機能交換を実現してもよい。このように、2つのサブシステムは、もはや独立したシステムではなく、全体システムを形成するように統合され、2つのサブシステムの性能利用はより柔軟的である。

この出願のいくつかの実施形態による宇宙通信方法における宇宙通信システムの実現環境の概略図である。従来のAPTサブシステムの概略構造図である。この出願の実施形態によるAPTサブシステムの概略構造図である。この出願の実施形態による他のAPTサブシステムの概略構造図である。この出願の実施形態による更に他のAPTサブシステムの概略構造図である。この出願の実施形態によるもう1つの他のAPTサブシステムの概略構造図である。この出願の実施形態による宇宙機通信システムの概略構造図である。この出願の実施形態による通信サブシステムの概略構造図である。この出願の実施形態による通信サブシステムの概略構造図である。この出願の実施形態による宇宙機通信システムの概略構造図である。この出願の実施形態による宇宙通信方法の概略フローチャートである。この出願の実施形態による他の宇宙通信方法の概略フローチャートである。この出願の実施形態による制御デバイスの概略構造図である。

図１は、この出願のいくつかの実施形態による宇宙通信方法における宇宙通信システムの実現環境の概略図である。実現環境は、少なくとも2つの宇宙機0を含んでもよく、宇宙機通信システム01は、各宇宙機0に配置され、宇宙機通信システム01は、APTサブシステム011及び通信サブシステム012を含む。

宇宙機0は、衛星、宇宙船、宇宙ステーション又は宇宙で動作する他のデバイスでもよい。宇宙では、通常では宇宙機は高速で、例えば、毎秒7キロメートルの速度で回転するので、2つの宇宙機は、2つの高速回転の宇宙機が互いにリアルタイムに指向できることを確保するために、まず、捕捉プロセス、指向プロセス及び追尾プロセスを実行する必要があり、次いで、有効な通信接続が確立できる。捕捉プロセスは、他のAPTサブシステムが電磁波を受信するように、電磁波(信号とも呼ばれる)を外部に伝送し、電磁波を受信し、受信した電磁波の入射波方向を決定することを含む。指向プロセスは、入射波方向を指すように、伝送される電磁波のアンテナパラメータ(例えば、アンテナ方向)を調整することを含む。追尾プロセスは、継続的に変化する入射波方向を指すように、伝送される電磁波のアンテナパラメータを継続的に調整することを含む。

図２は、従来のAPTサブシステムの概略構造図である。APTサブシステムは光学システムである。光学システムは、レーザを使用することにより捕捉、指向及び追尾動作を実行する。光学システムは、光学アンテナ101、光学レンズ102、ステアリングミラー103、粗追尾検出器104、細微追尾検出器105、通信光受信検出器106、高度照準構造107、通信光源108、ステッパモータ109、圧電セラミック駆動構造110、粗追尾ドライバ111、細微追尾ドライバ112、位置又は慣性センサ113、APTシステムコントローラ114等を含む。

通常では宇宙機は互いに遠く離れている。したがって、宇宙機の間の通信は長距離通信である。上記の光学システムがレーザを使用することにより通信を実行するとき、長距離通信が実行される必要があるので、レーザビームのビーム幅は非常に小さく、レーザビームのビーム角(ビーム発散角とも呼ばれる)も非常に小さい。このように、長距離の指向が確保できる。光学システムが宇宙機に配置されたとき、数十μrad(マイクロラジアン)までの宇宙機の変化が光学システムにおける光学アンテナ(例えば、光送信アンテナ又は光受信アンテナ)に影響を与える。その結果、光学アンテナが揺れる。揺れが激しくなると、光学システムのレーザ通信が中断され、より頻繁に、光学システムの通信ビット誤り率が増加し、通信品質が低下する。レーザは外部振動に影響されやすいので、レーザの指向の困難性が高く、情報担体として機能するレーザのエネルギー効率は比較的低い。したがって、上記のAPTサブシステムの捕捉、指向及び追尾効率は比較的低い。

この出願の実施形態では、2つの宇宙機は、テラヘルツ(Tera-Hertz, THz)技術を使用することにより通信を実行してもよく、特に、テラヘルツ技術を使用することによりAPTサブシステムの間で通信を実行してもよく、具体的には、捕捉、指向及び追尾プロセスを実行してもよい。図３は、この出願の実施形態によるAPTサブシステム20の概略構造図である。APTサブシステム20は、
順次接続された第1のコントローラ201、第1のテラヘルツトランシーバ202及びテラヘルツアンテナアレイ203を含み、
第1のテラヘルツトランシーバ202は、テラヘルツ波を変調及び復調するように構成され、
テラヘルツアンテナアレイ203は、テラヘルツ波を送信及び受信するように構成され、
第1のコントローラ201は、テラヘルツアンテナアレイを使用することにより他のAPTサブシステムを捕捉、指向及び追尾するように、第1のテラヘルツトランシーバを制御するように構成される。

テラヘルツ波は、周波数帯がミリ波の周波数帯よりも高く、光波の周波数帯よりも低い電磁波である。テラヘルツ波の周波数帯は、100GHz(ギガヘルツ)から10THz(テラヘルツ)の範囲である。

従来の光学システムにおいて使用されるレーザと比較して、テラヘルツ波は以下の利点を有する。(1)テラヘルツ波の光子エネルギーは可視光の光子エネルギーの約1/40である。テラヘルツ波は同じエネルギーを有するレーザよりも多くの情報を搬送できる。したがって、情報担体として機能するテラヘルツ波のエネルギー効率はより高い。(2)テラヘルツ波は、レーザよりも粉塵及び煙を貫通するより良い能力を有し、外部環境に影響されない。したがって、テラヘルツ波は全天候型の作業に使用できる。(3)テラヘルツ波のビーム角は、レーザのビーム角よりも大きい。具体的には、テラヘルツ波のビーム幅は、レーザのビーム幅よりも大きく、テラヘルツ波のビームカバーエリアはより大きい。このように、テラヘルツトランシーバは、特定の範囲内の電磁波を正確に受信できる。テラヘルツトランシーバがAPTサブシステムにおいて使用されるとき、捕捉及び追尾要件が緩和され、通信距離が延長される。

結論として、この出願のこの実施形態において提供されるAPTサブシステムでは、第1のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することによりテラヘルツ波を捕捉、指向及び追尾するように、第1のテラヘルツトランシーバを制御し、テラヘルツ波は、外部振動に影響されにくいので、指向の困難性は比較的低く、エネルギー効率は比較的高い。したがって、APTサブシステムの捕捉、指向及び追尾効率が改善される。

図４は、この出願の実施形態による他のAPTサブシステムの概略構造図である。図４を参照する。APTサブシステム20において、テラヘルツアンテナアレイ203は、ビーム形成アンテナアレイ、例えば、フェーズドアレイビーム形成アンテナアレイである。テラヘルツアンテナアレイは、位相を調節することによりアンテナのビーム形成を制御してもよい。ビーム形成アンテナアレイは、アンテナパラメータ調整の柔軟性を改善するために、アンテナ方向及びビーム帯域幅の同時又は別々の調整を実現してもよい。テラヘルツアンテナアレイ203は、互いに接続された第1のビーム形成ネットワーク2031及びアンテナアレイ2032を含み、
第1のテラヘルツトランシーバ202は、送信されるべき第1のテラヘルツ波を変調し、変調された第1のテラヘルツ波を第1のビーム形成ネットワーク2031に送信するように構成され、第1のビーム形成ネットワーク2031は、変調された第1のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第1のテラヘルツ波をアンテナアレイ2032に送信するように構成され、
アンテナアレイ2032は、処理された第1のテラヘルツ波を送信するように構成され、
アンテナアレイ2032は、第2のテラヘルツ波を受信し、第2のテラヘルツ波を第1のビーム形成ネットワーク2031に送信するように更に構成され、
第1のビーム形成ネットワーク2031は、第2のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第2のテラヘルツ波を取得し、処理された第2のテラヘルツ波を第1のテラヘルツトランシーバに送信するように更に構成され、
第1のテラヘルツトランシーバ202は、処理された第2のテラヘルツ波に対して復調処理を実行するように更に構成される。

アンテナアレイは、機能に基づいて送信アンテナ及び受信アンテナに更に分類されてもよい。

依然として図２を参照する。光学システムでは、捕捉、指向及び追尾プロセスにおいて、ステッパモータ109が光学アンテナ101の方向を調整するために使用される必要がある。言い換えると、アンテナ方向は機械的な調整方式で調整される。従来のAPTサブシステムは、ミリ波を使用することにより通信を更に実行してもよい。APTサブシステムはまた、機械的な調整方式でアンテナ方向を調整する必要がある。しかし、機械的な調整方式では比較的大きい機械的誤差が容易に導入され、調整速度は比較的低い。その結果、最終的なアンテナ方向調整精度は比較的低い。この出願のこの実施形態では、テラヘルツアンテナアレイは、第1のビーム形成ネットワーク及びアンテナアレイを含むので、アンテナ方向が調整されるとき、第1のビーム形成ネットワークのネットワークパラメータのみが調整される必要がある。言い換えると、アンテナ方向は電子的な調整方式で調整され、それにより、機械的誤差が導入されず、調整が迅速である。従来のAPTサブシステムと比較して、この出願のこの実施形態におけるAPTサブシステムは、最終的なアンテナ方向調整精度を改善する。

第1の構成アーキテクチャでは、図５を参照すると、APTサブシステム20において、第1のテラヘルツトランシーバ202は、第1の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2021を含み、第1のビーム形成ネットワーク2031は、第1の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2031aを含み、第1の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2021、第1の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2031a及びアンテナアレイ2032は順次接続される。第1の周波数帯は、テラヘルツ波の周波数帯内のいずれかの周波数帯でもよい。言い換えると、第1の周波数帯は100GHzから10THzの範囲である。

依然として図２を参照する。光学システムでは、光学アンテナの開口部は固定の開口部であり、調整できない。したがって、光学アンテナのビーム幅は固定のビーム幅である。対応して、ビーム角は固定のビーム角である。光学システムが捕捉、指向及び追尾に使用されるとき、アンテナ方向のみが調整できる。したがって、捕捉、指向及び追尾の柔軟性は比較的低い。

この出願のこの実施形態では、第1のコントローラ201は、ビーム幅を調整するように、ビーム形成ネットワークを制御するように更に構成される。例えば、第1のコントローラ201は、捕捉段階において、第1のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、ビーム形成ネットワークを制御し、追尾段階及び指向段階において、第2のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、ビーム形成ネットワークを制御するように更に構成され、第2のビーム幅は第1のビーム幅よりも大きい。

捕捉段階(すなわち、捕捉動作が実行される段階)において、第1のコントローラは、ビーム形成ネットワークを使用することによりアンテナアレイのビーム幅を比較的広い幅に設定し、対応するビーム角も比較的大きい。したがって、比較的大きい捕捉範囲及び比較的大きい電磁波伝送範囲が確保できる。これは、他のAPTサブシステムの電磁波が迅速に検出できること、又はAPTサブシステムにより伝送された電磁波が他のAPTサブシステムにより迅速に検出できることを確保し、それにより、捕捉確率が改善される。指向段階(すなわち、指向動作が実行される段階)及び追尾段階(すなわち、追尾動作が実行される段階)において、第1のコントローラは、ビーム形成ネットワークを使用することによりアンテナアレイのビーム幅を比較的狭い幅に設定し、対応するビーム角も比較的小さい。このように、正確な指向及びリアルタイムの追尾が確保できる。したがって、この出願のこの実施形態において提供されるAPTサブシステムでは、ビーム幅の微調整の前の粗調整を達成するために、適応的なビーム幅が異なる段階において使用され、それにより、有効な捕捉、指向及び追尾が実現され、捕捉、指向及び追尾の柔軟性が改善される。

例えば、捕捉段階において、アンテナアレイのビーム幅は、ビーム形成ネットワークを使用することにより10°に設定されてもよい。指向段階及び追尾段階において、アンテナアレイのビーム幅は、ビーム形成ネットワークを使用することにより3°に設定されてもよい。この場合、ビームはより狭く、追尾精度はより高い。

第1のコントローラ201は、追尾段階及び指向段階において、ビーム幅が最小ビーム幅閾値、すなわち、ビーム形成ネットワークによりサポートされる制限値に達するまで、ビーム幅を継続的に減少させてテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、ビーム形成ネットワークを制御するように更に構成される点に留意すべきである。この場合、APTサブシステムの追尾精度は最も高く、通信サブシステムの比較的良好なその後の通信品質が確保できる。明らかに、追尾段階及び指向段階において、第1のコントローラは、代替として、ビーム幅が特定のビーム幅に達するまで、ビーム幅を継続的に減少させてテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、ビーム形成ネットワークを制御するように構成されてもよい。特定のビーム幅は、特定のシナリオに基づいて柔軟に決定されてもよい。これは、この出願のこの実施形態では限定されない。

第2の構成アーキテクチャでは、図６を参照すると、APTサブシステム20において、第1のテラヘルツトランシーバ202は、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2022と、第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2023とを含む。第1のビーム形成ネットワーク2031は、第2の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2031bと、第3の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2031cとを含む。アンテナアレイ2032はマルチバンドアンテナアレイ2032aのセットを含む。第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2022、第2の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2031b及びマルチバンドアンテナアレイ2032aは順次接続される。第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2023、第3の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2031c及びマルチバンドアンテナアレイ2032aは順次接続される。第2の周波数帯及び第3の周波数帯は、テラヘルツ波の周波数帯内のいずれか2つの異なる周波数帯でもよい。言い換えると、第2の周波数帯及び第3の周波数帯は、100GHzから10THzの範囲であり、互いに異なる。第2の周波数帯の中心周波数は、第3の周波数帯の中心周波数未満である。例えば、第2の周波数帯は0.6THzから0.7THzの範囲であり、第3の周波数帯は2.1THzから2.3THzの範囲である。

この出願のこの実施形態では、第1のコントローラ201は、異なる周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの間の動作切り替えを制御するように構成されてもよく、それにより、2つのテラヘルツトランシーバは異なる位相で動作する。制御プロセスは、
粗追尾段階において、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの動作を制御し、細微追尾段階において、第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの動作を制御することを含み、通信要件が高くないか、或いは、捕捉がちょうど開始されたとき(例えば、APTサブシステムの接続が確立されていないとき)、より低い周波数は、捕捉を実現するより高い確率を示すが、追尾精度は制限される。追尾精度は、APTサブシステムから他のAPTサブシステムへの指向の精度を反映するために使用される。より高い追尾精度は、通信サブシステムのより安定した伝送リンク及び通信サブシステムにより伝送される信号のより良い品質を示す。追尾精度は、信号安定性、信号強度及び信号誤り率のようなパラメータのうち1つ以上に基づく計算を通じて取得されてもよい。

したがって、粗追尾段階は、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの捕捉段階が開始した後に第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が捕捉要件を満たす段階でもよい。この場合、追尾精度は粗追尾精度閾値未満であり、粗追尾精度閾値は比較的低い精度閾値である。追尾精度が粗追尾精度閾値未満であることは、テラヘルツトランシーバが信号を効果的に捕捉することを確保できる。代替として、粗追尾段階は、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの捕捉段階の開始時点、すなわち、捕捉開始段階の後の予め設定された期間内の段階である。例えば、予め設定された期間は5秒である。細微追尾段階は、時系列において粗追尾段階に隣接し且つその後に位置する段階である。細微追尾段階において、比較的高い追尾精度が確保される必要がある。

APTサブシステムの追尾精度の上限は、異なる周波数によって変化する。より低い周波数は、APTサブシステムのより低い追尾精度を示すが、より容易な捕捉及び指向を示す。より高い周波数は、APTサブシステムのより高い追尾精度を示すが、より困難な捕捉及び指向を示す。上記の制御プロセスを使用することにより、第1のコントローラ201は、異なる周波数の欠点を除去でき、各周波数帯の周波数の利点をできる限り使用し、粗い追尾と細かい追尾との組み合わせを実現し、捕捉、指向及び追尾の柔軟性を改善する。

さらに、第1のコントローラ201は、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2022及び第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2023の中の各テラヘルツトランシーバの捕捉段階において、第3のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、テラヘルツトランシーバに接続されたビーム形成ネットワークを制御し、各テラヘルツトランシーバの追尾段階及び指向段階において、第4のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、テラヘルツトランシーバに接続されたビーム形成ネットワークを制御するように更に構成され、第3のビーム幅は第4のビーム幅よりも大きい。

上記のAPTサブシステムは、他の構成アーキテクチャを更に有してもよい点に留意すべきである。例えば、第1のテラヘルツトランシーバは、異なる周波数帯をサポートする少なくとも3つのテラヘルツトランシーバを更に含んでもよく、第1のビーム形成ネットワークは、異なる周波数帯をサポートする少なくとも3つのビーム形成ネットワークを含んでもよく、少なくとも3つのテラヘルツトランシーバは、少なくとも3つのビーム形成ネットワークと1対1の対応関係にあり、第1のコントローラは、異なる周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの間の動作切り替えを制御してもよい。このように、少なくとも3つのテラヘルツトランシーバは、異なる段階で動作し、APTサブシステムが動作する周波数帯は柔軟に調整できる。切り替えプロセスについては、上記の第2の構成アーキテクチャにおける切り替えプロセスを参照する。詳細はこの出願のこの実施形態では再び説明しない。

結論として、この出願のこの実施形態において提供されるAPTサブシステムは、捕捉、指向及び追尾のためにテラヘルツ波を使用し、テラヘルツ波は、外部振動に影響されにくいので、指向の困難性は比較的低く、エネルギー効率は比較的高い。したがって、APTサブシステムの捕捉、指向及び追尾効率が改善され、通信の安定性が確保される。

図７は、この出願の実施形態による宇宙機通信システム2の概略構造図である。宇宙機の通信システム2は、
この出願の上記の実施形態において提供されるいずれかのAPTサブシステム20と、APTサブシステムにより追尾される他のAPTサブシステムが位置する宇宙機通信システム内の他の通信サブシステムと通信するように構成された通信サブシステムと21とを含む。

図８は、この出願の実施形態による通信サブシステム21の概略構造図である。通信サブシステム21は、
順次接続された第2のコントローラ211、第2のテラヘルツトランシーバ212及びテラヘルツアンテナアレイ213を含み、
第2のテラヘルツトランシーバ212は、テラヘルツ波を変調及び復調するように構成され、
テラヘルツアンテナアレイ213は、テラヘルツ波を送信及び受信するように構成され、
第2のコントローラ211は、テラヘルツアンテナアレイ213を使用することにより他の通信サブシステムと通信するように、第2のテラヘルツトランシーバ212を制御するように構成される。

従来の通信サブシステムは、マイクロ波通信が使用されるマイクロ波通信システムである。従来のマイクロ波通信システムで使用されるマイクロ波と比較して、テラヘルツ波は以下の利点を有する。(1)テラヘルツ通信の伝送容量はより大きい。テラヘルツ伝送帯域幅は、数百メガバイトのマイクロ波帯域幅よりもはるかに大きく、Gb/s(ギガバイト/秒)レベルの通信を実現するために使用でき、それにより、将来の通信における高い帯域幅要件を満たす。(2)テラヘルツ波は、より狭いビーム及びより良好な指向性を有し、より小さい目標を検出してより正確な位置決めを実行するために使用できる。(3)テラヘルツ波は大気により完全に吸収でき、地球の表面に到達できない。したがって、テラヘルツ波は、より良好な機密性及び干渉防止能力を有する。(4)テラヘルツ波は比較的短い波長を有するので、アンテナサイズがより小さくでき、他のシステム構造が同じ機能でより単純でよりコスト効率的にできる。したがって、この出願のこの実施形態において提供される通信サブシステムでは、第2のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することにより通信を実行するように、第2のテラヘルツトランシーバを制御し、テラヘルツ波は、狭いビーム、良好な指向性及び比較的高いエネルギー効率のような多くの利点を有するので、通信サブシステムの通信効率が改善される。

図９は、この出願の実施形態による通信サブシステム21の概略構造図である。通信サブシステム21において、テラヘルツアンテナアレイ213は、ビーム形成アンテナアレイ、例えば、フェーズドアレイビーム形成アンテナアレイであり、テラヘルツアンテナアレイ213は、位相調整方式でアンテナのビーム形成を制御してもよい。テラヘルツアンテナアレイ213は、互いに接続された第2のビーム形成ネットワーク2131及びアンテナアレイ2132を含み、
第2のテラヘルツトランシーバ212は、送信されるべき第3のテラヘルツ波を変調し、変調された第3のテラヘルツ波を第2のビーム形成ネットワーク2131に送信するように構成され、第2のビーム形成ネットワーク2131は、変調された第3のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第3のテラヘルツ波をアンテナアレイ2132に送信するように構成され、
アンテナアレイ2132は、処理された第3のテラヘルツ波を送信するように構成され、
アンテナアレイ2132は、第4のテラヘルツ波を受信し、第4のテラヘルツ波を第2のビーム形成ネットワーク2131に送信するように更に構成され、
第2のビーム形成ネットワーク2131は、第4のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第4のテラヘルツ波を取得し、処理された第4のテラヘルツ波を第2のテラヘルツトランシーバ212に送信するように更に構成され、
第2のテラヘルツトランシーバ212は、処理された第4のテラヘルツ波に対して復調処理を実行するように更に構成される。

従来の航空機通信システムは、APTサブシステム及び通信サブシステムを含む。APTサブシステム及び通信サブシステムは互いに独立しており、APTサブシステムと通信サブシステムとの間に通信インタフェースが配置される。他のAPTサブシステムの信号を捕捉して他のAPTサブシステムを指向した後に、APTサブシステムは、通信インタフェースを使用することにより通信トリガ信号を通信サブシステムに送信してもよく、通信サブシステムは、通信トリガ信号に基づいて他の通信サブシステムへの通信接続を確立する。他の通信サブシステム及び他のAPTサブシステムは、同じ航空機の通信システムに位置する。APTサブシステム及び通信サブシステムは互いに独立しているので、いくつかの場合、APTサブシステム及び通信サブシステムの性能が不均一に分散される可能性がある。例えば、一方のサブシステムの性能は過剰であり、無駄を生じさせ、他方のサブシステムの性能は不十分であり、通信効率に影響を与える。したがって、2つのサブシステムの性能利用の柔軟性は比較的低い。

図１０は、この出願の実施形態による宇宙機通信システム2の概略構造図である。通信システム2は、中央コントローラ22を更に含む。任意選択の実現方式では、中央コントローラ22は第1のコントローラ及び第2のコントローラに別々に接続される。他の任意選択の実現方式では、第1のコントローラ及び第2のコントローラは中央コントローラ22に統合される。図１０では、第1のコントローラ及び第2のコントローラが中央コントローラに統合された例が説明のために使用される。

任意選択で、APTサブシステム及び通信サブシステムは、マルチバンドアンテナアレイのセットを共有する。このように、宇宙機通信システムの全体容積及び重量が低減でき、通信システムの小型化が実現でき、システムの複雑性が低減できる。

依然として図１０を参照する。第1のテラヘルツトランシーバ202は、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2024を含み、第1のビーム形成ネットワーク2031は、第4の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2031dを含み、第4の周波数帯は、第1のテラヘルツトランシーバによりサポートされる周波数帯であり、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2024、第4の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2031d及びマルチバンドアンテナアレイ23は順次接続される。例えば、APTサブシステムの構造が図５に示されるものであるとき、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバは、第1の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバである。すなわち、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ及び第1の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバは、同じトランシーバである。APTサブシステムの構造が図６に示されるものであるとき、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバは、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ及び第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバのうち1つである。中央処理装置は、指定のルールに従って、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ及び第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバから、テラヘルツトランシーバを第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバとして選択してもよい。指定のルールは、最も高い周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを選択すること、又は最も低い周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを選択すること、又はテラヘルツトランシーバをランダムに選択することでもよい。

第2のテラヘルツトランシーバ212は、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2121を含み、第2のビーム形成ネットワーク2131は、第5の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2131aを含み、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2121、第5の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワーク2131a及びマルチバンドアンテナアレイ23は順次接続される。第4の周波数帯及び第5の周波数帯は、テラヘルツ波の周波数帯内のいずれか2つの異なる周波数帯でもよい。言い換えると、第4の周波数帯及び第5の周波数帯の双方は、100GHzから10THzの範囲であり、互いに異なる。任意選択で、第4の周波数帯の中心周波数は、第5の周波数帯の中心周波数未満である。例えば、第4の周波数帯は0.6THzから0.7THzの範囲であり、第5の周波数帯は2.1THzから2.3THzの範囲である。

中央コントローラ22は、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2024及び第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ2121により伝送されるデータのタイプの切り替えを制御するように構成される。

この出願のこの実施形態では、切り替え動作が実行される前に、APTサブシステムは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを含み、それにより、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータはAPTデータであり、通信サブシステムは、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを含み、それにより、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータは通信データである。切り替え動作はデータタイプ切り替えである。具体的には、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプは、APTデータから通信データに切り替えられ、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプは、通信データからAPTデータに切り替えられる。したがって、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプは交換される。このように、これは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを第2のテラヘルツトランシーバに切り替え、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを第1のテラヘルツトランシーバに切り替えることと等価である。中央コントローラは、実際のシナリオに基づいて、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御し、それにより、APTサブシステムと通信サブシステムとの間の機能交換を実現してもよい。このように、2つのサブシステムは、もはや独立したシステムではなく、全体システムを形成するように統合され、2つのサブシステムの性能利用はより柔軟的である。上記のAPTデータは、例えば、宇宙機の姿勢情報、宇宙機の位置座標、宇宙機の移動速度及びAPT接続を確立するために必要な信号のうち1つ以上を含む、捕捉、指向及び追尾プロセスにおいて必要なデータを示し、APT接続を確立するために必要な信号は、接続確立要求信号又は接続確立応答信号でもよい点に留意すべきである。通信データは、2つの宇宙機の間で実際に伝送される必要のあるデータ、例えば、商用データ、制御データ又はユーザデータを示す。通信データの内容は、画像データ、ビデオデータ等でもよい。

任意選択で、中央コントローラは、実際のシナリオに基づいて、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御してもよく、例えば、追尾精度及び/又は通信容量に基づいて、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御してもよい。通信容量は、チャネルが誤りなしに伝送できる最大情報レートを反映するために使用され、1秒当たり又は1チャネルシンボル当たり伝送できる情報の最大量を表してもよい。通信容量は、信号対雑音比、スループットレート及びチャネル品質パラメータのうち少なくとも1つを使用することにより計算されてもよい。

任意選択の実現方式では、中央コントローラが追尾精度に基づいて異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御するプロセスは、以下のステップを含む。

ステップX1:第4の周波数帯の中心周波数が第5の周波数帯の中心周波数未満である場合、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が、指定の追尾精度閾値未満であるか否かを決定する。

指定の追尾精度閾値は、通信サブシステムの通信要件を満たす最小追尾精度、すなわち、通信サブシステムの通信要件を満たす通信下限値である。通信サブシステムは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が指定の追尾精度閾値未満でないときにのみ、通信データを有効に伝送できる。

ステップX2:第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が指定の追尾精度閾値未満であるとき、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプをAPTデータから通信データに切り替え、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプを通信データからAPTデータに切り替える。

第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が指定の追尾精度閾値未満であるとき、これは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバが他のAPTサブシステムを指向及び追尾することを確保できないことを示す。この場合、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御することは、高周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ、すなわち、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバが指向及び追尾を実行することを可能にしてもよく、それにより、指向及び追尾の精度を改善し、通信サブシステムの有効な通信の確率を増加させる。

ステップX3:第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が指定の追尾精度閾値未満でないとき、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ及び第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプは不変のままである。

第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が指定の追尾精度閾値未満でないとき、これは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバが他のAPTサブシステムを指向及び追尾することを確保できることを示す。この場合、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプを交換する必要はない。

他の任意選択の実現方式では、中央コントローラが通信容量に基づいて異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御するプロセスは、以下のステップを含む。

ステップY1:第2のテラヘルツトランシーバの第2の通信容量が通信容量閾値未満であるか否かを検出する。

ステップY2:第2の通信容量が通信容量閾値未満であるとき、第1のテラヘルツトランシーバの第1の通信容量を取得する。

ステップY3:第1の通信容量が通信容量閾値未満でないとき、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプをAPTデータから通信データに切り替え、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプを通信データからAPTデータに切り替える。

第2の通信容量が通信容量閾値未満であり、第1の通信容量が通信容量閾値未満でないとき、これは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバが通信要件を満たすことができず、一方で、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバが通信要件を満たすことができることを示す。この場合、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御することは、通信要件を満たすテラヘルツトランシーバが通信を実行することを可能にし、それにより、通信効率が改善される。

ステップY4:第1の通信容量が通信容量閾値未満であるとき、第1の通信容量と第2の通信容量とを比較する。

ステップY5:第1の通信容量が第2の通信容量よりも大きいとき、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプをAPTデータから通信データに切り替え、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプを通信データからAPTデータに切り替える。

第2の通信容量が通信容量閾値未満であり、第1の通信容量が通信容量閾値未満であるが、第1の通信容量が第2の通信容量よりも大きいとき、これは、第4の周波数帯及び第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバが通信要件を満たすことができないが、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバが、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバよりも高い通信容量を有することを示す。この場合、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御することは、通信要件を比較的満たすテラヘルツトランシーバが通信を実行することを可能にし、それにより、通信効率が改善される。

明らかに、第1の通信容量が第2の通信容量よりも大きくないとき、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプは交換される必要はない。

上記の2つの任意選択の実現方式は、実際の状況に基づいて更に組み合わされてもよい。例えば、通信容量要件が高くない(例えば、通信容量が比較的低い第1の通信容量閾値よりも大きい必要がある)が、捕捉、指向及び追尾が全て比較的困難である(例えば、宇宙機の振動が比較的大きい)とき、第4の周波数帯の中心周波数が第5の周波数帯の中心周波数未満である場合、中央コントローラは、捕捉プロセスを実行するために、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを使用し、それにより、捕捉確率を増加させてもよく、次いで、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバに切り替え、指向プロセス及び追尾プロセスを実行し、それにより、追尾精度を改善し、通信のために第4の周波数をサポートするテラヘルツトランシーバを使用する。全体のプロセスにおいて、捕捉が完了した後に、切り替えプロセスが実行される。

他の例では、通信容量要件が高く(例えば、通信容量が比較的高い第2の通信容量閾値よりも大きい必要があり、第2の通信容量閾値が上記の第1の通信容量閾値よりも大きい)、捕捉、指向及び追尾が困難でないとき、第4の周波数帯の中心周波数が第5の周波数帯の中心周波数未満である場合、中央コントローラは、捕捉プロセス、指向プロセス及び追尾プロセスを実行するために、第4の周波数をサポートするテラヘルツトランシーバを使用し、通信のために第5の周波数をサポートするテラヘルツトランシーバを使用してもよい。全体のプロセスにおいて切り替えは必要ない。

他の例では、通信容量要件が高く(例えば、通信容量が比較的高い第2の通信容量閾値よりも大きい必要があり、第2の通信容量閾値が上記の第1の通信容量閾値よりも大きい)、捕捉、指向及び追尾が比較的困難であるとき、第4の周波数帯の中心周波数が第5の周波数帯の中心周波数未満である場合、中央コントローラは、捕捉プロセスを実行するために、第4の周波数をサポートするテラヘルツトランシーバを使用し、それにより、捕捉確率を増加させてもよく、次いで、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバに切り替え、指向プロセス及び追尾プロセスを実行し、それにより、追尾精度を改善し、通信のために第4の周波数をサポートするテラヘルツトランシーバを使用してもよい。第4の周波数をサポートするテラヘルツトランシーバの通信容量が要件を満たすことができない場合、中央コントローラは、第4の周波数をサポートするテラヘルツトランシーバに切り替え、追尾プロセスを実行し、通信のために第5の周波数をサポートするテラヘルツトランシーバを使用する。全体のプロセスにおいて、捕捉が完了した後に切り替えプロセスが実行され、通信プロセスにおいて、切り替えプロセスが再び実行される。

この出願のこの実施形態では、切り替え条件と切り替えルールとの間の対応関係は、中央処理装置において構成されてもよい。指定のパラメータが対応関係における切り替え条件を満たすとき、対応関係は、切り替え条件に対応するターゲット切り替えルールを取得するために照会される。ターゲット切り替えルールは、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御するために使用される。詳細は、この出願のこの実施形態では説明しない。指定のパラメータは、各テラヘルツトランシーバによりサポートされる周波数帯及び/又は各テラヘルツトランシーバの通信容量でもよい。上記の切り替えルールは、実際のシナリオに基づいて事前に策定されたルールである。

上記の切り替えプロセスは、ハードウェア切り替えプロセスでもよく、或いは、ソフトウェアプロセスでもよい点に留意すべきである。切り替えプロセスがハードウェア切り替えプロセスである場合、切り替えモジュールは、中央コントローラと、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバと、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバとの間のリンクに配置されてもよく、切り替えモジュールは、中央コントローラにより伝送されるAPTデータ及び通信データの伝送経路を切り替えるように構成される。切り替えプロセスがソフトウェアプロセスである場合、中央コントローラが伝送される必要があるAPTデータ及び通信データを交換するためのソフトウェアを実行した後に、交換されたデータは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバ及び第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバに伝送される。言い換えると、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバに元々伝送されるデータは、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバに伝送され、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバに元々伝送されるデータは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバに伝送される。

この出願の実施形態において提供される装置は、以下の方法において使用されてもよい。この出願の実施形態における各ユニットの動作手順及び動作原理については、以下の実施形態における説明を参照する。

この出願の実施形態は、上記の宇宙機、例えば、上記のAPTサブシステム又は宇宙機通信システムに適用される宇宙通信方法を提供する。図１１に示すように、当該方法は、少なくとも以下のステップを含む。

ステップ301:APTサブシステムを使用することにより他のAPTサブシステムのテラヘルツ波を捕捉する。

ステップ302:他のAPTサブシステムのテラヘルツ波が捕捉された後に、テラヘルツ波を使用することにより他のAPTサブシステムを指向及び追尾する。

結論として、この出願のこの実施形態において提供される宇宙通信方法では、APTサブシステムは、他のAPTサブシステムのテラヘルツ波を捕捉、指向及び追尾し、テラヘルツ波は、外部振動に影響されにくいので、指向の困難性は比較的低く、エネルギー効率は比較的高い。したがって、APTサブシステムの捕捉、指向及び追尾効率が改善される。

この出願の実施形態は、図１に示す実現環境に適用される空間通信方法を提供する。実現環境は、少なくとも2つの宇宙機を含んでもよい。少なくとも2つの宇宙機のうち2つの宇宙機が通信する必要があり、2つの宇宙機の双方が人工衛星であるとき、2つの宇宙機は、同期衛星又は非同期衛星でもよく、2つの宇宙機の間の通信は、衛星間通信と呼ばれてもよい。2つの宇宙機が第1の宇宙機及び第2の宇宙機であり、各宇宙機が通信のためにテラヘルツ技術を使用することを仮定する。言い換えると、各宇宙機は、この出願の上記の実施形態において提供されるいずれかの宇宙機でもよく、2つの宇宙機の通信システムの構造は同じでもよい。このように、図１２に示すように、当該方法は、以下のステップを含む。

ステップ401:2つの宇宙機のAPTサブシステムは、テラヘルツ波に対して捕捉(acquisition)を実行する。

第1の宇宙機のAPTサブシステムは、捕捉プロセスを実行する。当該プロセスは、APTサブシステムを使用することにより他のAPTサブシステムのテラヘルツ波を捕捉することを含む。例えば、当該プロセスは、第2の宇宙機のAPTサブシステムからテラヘルツ波を検出するために、ビーム幅範囲(すなわち、検出面)内で規則的な宇宙走査及び探索を継続的に実行することを含む。さらに、第1の宇宙機のAPTサブシステムは、ビーム幅範囲内で、テラヘルツ波を外部に継続的に伝送する。

同様に、第2の宇宙機のAPTサブシステムは、捕捉プロセスを実行する。当該プロセスは、APTサブシステムを使用することにより他のAPTサブシステムのテラヘルツ波を捕捉することを含む。例えば、当該プロセスは、第1の宇宙機のAPTサブシステムからテラヘルツ波を検出するために、ビーム幅範囲内で規則的な宇宙走査及び探索を継続的に実行することを含む。さらに、第2の宇宙機のAPTサブシステムは、ビーム幅範囲内で、テラヘルツ波を外部に継続的に伝送する。

2つの宇宙機のうち一方のAPTサブシステムが、テラヘルツ波形の他方の宇宙機のAPTサブシステムにより伝送された接続確立要求信号を検出すると(言い換えると、受信テラヘルツ波の信号強度が指定の信号強度閾値よりも大きい)、受信アンテナの位置は、テラヘルツ波の入射波方向を決定するためにロックされてもよく、宇宙機のAPTサブシステムは、テラヘルツ波の入射波方向に対してテラヘルツ波形の接続確立応答信号を送信する。他方の宇宙機のAPTサブシステムがテラヘルツ波形の接続確立応答信号を受信した後に、2つのAPTサブシステムは、初期指向状態に入り、捕捉プロセスが終了する。

第1の宇宙機が例として使用される。第1の宇宙機内のAPTサブシステムが図３に示すAPTサブシステムである場合、APTサブシステムにおいて、第1のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することによりテラヘルツ波を伝送し、他方のAPTサブシステムにより伝送されるテラヘルツ波を捕捉、指向及び追尾するように、第1のテラヘルツトランシーバを制御する。

さらに、第1の宇宙機内のAPTサブシステムが、図４から図６のうちいずれか1つに示すAPTサブシステムである場合、APTサブシステムがテラヘルツ波を伝送するとき、第1のテラヘルツトランシーバは、送信されるべき第1のテラヘルツ波を変調し、変調された第1のテラヘルツ波を第1のビーム形成ネットワークに送信する。第1のビーム形成ネットワークは、変調された第1のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第1のテラヘルツ波をアンテナアレイに送信する。アンテナアレイは、処理された第1のテラヘルツ波を伝送する。APTサブシステムがテラヘルツ波を受信するとき、アンテナアレイは、第2のテラヘルツ波を受信し、第2のテラヘルツ波を第1のビーム形成ネットワークに送信する。第1のビーム形成ネットワークは、第2のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第2のテラヘルツ波を取得し、処理された第2のテラヘルツ波を第1のテラヘルツトランシーバに送信する。第1のテラヘルツトランシーバは、処理された第2のテラヘルツ波に対して復調処理を実行する。

ステップ402:2つの宇宙機のAPTサブシステムは、テラヘルツ波に対して指向(pointing)を実行する。

2つの宇宙機のAPTサブシステムは、指向プロセスをそれぞれ実行する。指向プロセスは、アンテナパラメータが指定の条件を満たすように、APTサブシステムのアンテナパラメータを調整することを含み、指向プロセスが完了する。アンテナパラメータは、アンテナ方向及びビーム幅のうち少なくとも1つを含んでもよく、指定の条件は、受信したテラヘルツビームのビーム方向が受信アンテナのアンテナ方向と同軸であること、又は受信したテラヘルツビームのビーム方向と受信アンテナのアンテナ方向との間の角度が指定の角度閾値未満であることでもよい。

ステップ403:2つの宇宙機のAPTサブシステムは、テラヘルツ波に対して追尾(tracking)を実行する。

2つの宇宙機のAPTサブシステムは、指向プロセスを繰り返す。指向プロセスを繰り返すプロセスは、追尾プロセスである。このように、2つのAPTサブシステムは、最適な信号受信状態を維持できる。各APTサブシステムは、テラヘルツ波の入射方向の変化及びサブシステムの変化のような様々な要因に基づいて、アンテナパラメータをリアルタイムで調整する。このように、APTサブシステムは、指定の精度要件を満たすときに指向を実行し、動的なバランス状態にある。

ステップ402及びステップ403において、第1の宇宙機が例として使用される。第1の宇宙機内のAPTサブシステムが図３から図６のうちいずれか1つに示すAPTサブシステムである場合、他方のAPTサブシステムのテラヘルツ波を捕捉した後に、第1のコントローラは、テラヘルツアンテナアレイを使用することにより、テラヘルツ波を使用することによる他方のAPTサブシステムを指向及び追尾するように、第1のテラヘルツトランシーバを制御する。指向プロセス及び追尾プロセスにおいて、APTサブシステムがテラヘルツ波を伝送するプロセスについては、上記のステップ401を参照する。詳細は、この出願のこの実施形態では説明しない。

第1の宇宙機が例として使用され、上記の宇宙通信方法は以下を更に含んでもよい点に留意すべきである。第1の宇宙機は、ステップ401に記載の捕捉段階において、第1のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、APTサブシステムを制御してもよい。第1の宇宙機は、ステップ402及び403に記載の追尾段階及び指向段階において、第2のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、APTサブシステムを制御してもよく、第2のビーム幅は第1のビーム幅よりも大きい。

例えば、第1の宇宙機内のAPTサブシステムが図５に示すAPTサブシステムである場合、第1のコントローラは、ステップ401に記載の捕捉段階において、第1のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、ビーム形成ネットワークを制御する。第1のコントローラは、ステップ402及びステップ403に記載の追尾段階及び指向段階において、第2のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、ビーム形成ネットワークを制御し、第2のビーム幅は第1のビーム幅よりも大きい。

第1の宇宙機が例として使用され、上記の宇宙通信方法は以下を更に含む。第1の宇宙機は、粗追尾段階において、第2の周波数帯のテラヘルツ波を伝送するように、APTサブシステムを制御し、粗追尾段階は、APTサブシステムの捕捉段階が開始した後にAPTサブシステムの追尾精度が捕捉要件を満たす段階であるか、或いは、粗追尾段階は、APTサブシステムの捕捉段階の開始時点の後の予め設定された期間未満の段階であり、細微追尾段階において、第3の周波数帯のテラヘルツ波を伝送するように、APTサブシステムを制御し、細微追尾段階は、時系列において粗追尾段階に隣接し且つその後に位置する段階である。

さらに、APTサブシステムが各周波数帯のテラヘルツ波を伝送するプロセスで、第1の宇宙機は、捕捉段階において、第3のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、APTサブシステムを制御し、追尾段階及び指向段階において、第4のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、APTサブシステムを制御してもよく、第3のビーム幅は第4のビーム幅よりも大きい。

例えば、第1の宇宙機内のAPTサブシステムが図６に示すAPTサブシステムである場合、第1のコントローラは、粗追尾段階において、動作するように第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを制御し、粗追尾段階は、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの捕捉段階が開始した後に第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの追尾精度が捕捉要件を満たす段階であるか、或いは、粗追尾段階は、開始時点が第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバの捕捉段階の開始時点の後の予め設定された期間未満である段階であり、細微追尾段階において、動作するように第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを制御し、細微追尾段階は、時系列において粗追尾段階に隣接し且つその後に位置する段階である。

第1のコントローラは、ステップ401に記載の、各テラヘルツトランシーバの捕捉段階において、第3のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、テラヘルツトランシーバに接続されたビーム形成ネットワークを制御し、ステップ402及び403に記載の、各テラヘルツトランシーバの追尾段階及び指向段階において、第4のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、テラヘルツトランシーバに接続されたビーム形成ネットワークを制御し、第3のビーム幅は第4のビーム幅よりも大きい。

上記のステップ401からステップ403において、テラヘルツ波を使用することにより2つのAPTサブシステムにより伝送されるデータはAPTデータである点に留意すべきである。

ステップ404:2つの宇宙機の通信サブシステムは、テラヘルツ波を使用することにより通信接続を確立する。

2つの宇宙機において、各宇宙機は、通信サブシステムを使用することにより、APTサブシステムにより追尾される他のAPTサブシステムが位置する宇宙機通信システム内の他の通信サブシステムと通信してもよい。例えば、一方の宇宙機の通信サブシステムは、テラヘルツ波形の接続確立要求を他方の宇宙機の通信サブシステムに送信し、他方の宇宙機の通信サブシステムは、テラヘルツ波形の接続確立応答を宇宙機の通信サブシステムに送信する。宇宙機の通信サブシステムが接続確立応答を受信した後に、通信接続が確立される。

ステップ405:2つの宇宙機の通信サブシステムは、テラヘルツ波を使用することにより互いに通信する。

2つの宇宙機の通信サブシステムは、確立された通信接続に基づいてテラヘルツ波を通じて通信する。通信データは、2つの宇宙機の間で伝送される。

第1の宇宙機が例として使用される。通信プロセスにおいて、APTサブシステムは、第2の宇宙機のAPTサブシステムのAPTデータを取得する。APTデータは、宇宙機の間の位置及びチャネル環境の変化を反映し、APTサブシステムは、APTデータを通信サブシステムに伝送してもよく、通信サブシステムは、APTサブシステムのフィードバックに基づいてビーム幅及びアンテナ方向を動的に調整し、最適な通信レートを取得する。

例えば、第1の宇宙機において、APTサブシステムが第1のコントローラを含み、通信サブシステムが第2のコントローラを含む場合、第1のテラヘルツトランシーバにより送信されたAPTデータを取得した後に、第1のコントローラは、APTデータを第2のコントローラに伝送し、第2のコントローラは、第2のテラヘルツトランシーバ及び対応するテラヘルツアンテナアレイを制御する。第1のコントローラ及び第2のコントローラが中央コントローラに統合される場合、中央コントローラは、第1のコントローラ及び第2のコントローラの機能を実現できる。第1のテラヘルツトランシーバにより送信されたAPTデータを取得した後に、中央コントローラは、第2のテラヘルツトランシーバ及び対応するテラヘルツアンテナアレイを直接制御する。

ステップ401の前に、2つの宇宙機のAPTサブシステムは、アンテナに対して初期位置決めを更に実行してもよい点に留意すべきである。アンテナに対する初期位置決めは、アンテナパラメータが特定の条件を満たすような、例えば、ビーム幅が指定の幅範囲内にあり、アンテナ方向が指定の方向範囲内にあるような、APTサブシステムのアンテナパラメータの初期設定を示す。例えば、APTサブシステムは、衛星エフェメリス計算、全地球測位システム(Global Positioning System, GPS)システム測位、深宇宙ネットワークサウンディング及び測位、地上局の遠隔測定及び遠隔制御等に基づいてアンテナの初期位置決めを実行してもよい。このように、2つの宇宙機のAPTサブシステムの初期照準誤差は、後続の捕捉、指向及び追尾の精度を確保するように、特定の範囲内に制限できる。

任意選択で、ステップ403の後に、例えば、外部干渉又は他の場合のため、他のAPTサブシステムのテラヘルツ波がAPTサブシステムの検出面上で消失したとき、2つの宇宙機のAPTサブシステムの間のリンクは損なわれ、2つのAPTサブシステムは、リンク接続を再確立するために、上記のステップ401からステップ403を繰り返し実行し、それにより、通信サブシステムの正常で安定した通信リンクを確保してもよい。

さらに、第1の宇宙機が例として使用され、ステップ401から405を実行するプロセスにおいて、第1の宇宙機は、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えを更に制御してもよい。言い換えると、切り替え後のAPTサブシステムは第5の周波数帯をサポートし、切り替え後の第4のサブシステムは第4の周波数帯をサポートする。

例えば、第1の宇宙機は、指定のパラメータが切り替え条件と切り替えルールとの対応関係における切り替え条件を満たすか否かを検出し、指定のパラメータは、各テラヘルツトランシーバによりサポートされる周波数帯及び/又は各テラヘルツトランシーバの通信容量でもよく、上記の切り替えルールは、実際のシナリオに基づいて事前に策定されたルールである。指定のパラメータが対応関係における特定の切り替え条件を満たすとき、対応関係は、特定の切り替え条件に対応するターゲット切り替えルールを取得するために照会され、ターゲット切り替えルールは、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御するために使用される。

任意選択の実現方式では、第1の宇宙機は、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えプロセスを制御し、当該方法は、第4の周波数帯の中心周波数が第5の周波数帯の中心周波数未満である場合、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムの追尾精度が、指定の追尾精度閾値未満である否かを決定し、指定の追尾精度閾値は、通信サブシステムの通信要件を満たす最小追尾精度であり、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムの追尾精度が指定の追尾精度閾値未満であるとき、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間を切り替えることを含む。

他の任意選択の実現方式では、第1の宇宙機は、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えプロセスを制御し、当該方法は、通信サブシステムの第2の通信容量が通信容量閾値未満であるか否かを検出し、第2の通信容量が通信容量閾値未満であるとき、APTサブシステムの第1の通信容量を取得し、第1の通信容量が通信容量閾値未満でないとき、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間を切り替え、第1の通信容量が通信容量閾値未満であるとき、第1の通信容量と第2の通信容量とを比較し、第1の通信容量が第2の通信容量よりも大きいとき、第4の周波数帯をサポートするAPTサブシステムと第5の周波数帯をサポートする通信サブシステムとの間の切り替えを実行することを含む。上記の2つの任意選択の実現方式は、特定の状況に基づいて更に組み合わされてもよい。

第1の宇宙機内の通信システムが図１０に示す通信システムである場合、宇宙通信方法は、実際のシナリオに基づいて、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御すること、例えば、追尾精度及び/又は通信容量に基づいて、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御することを更に含む点に留意すべきである。追尾精度に基づいて、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御するプロセスについては、上記のステップX1からステップX3を参照する。通信容量に基づいて、異なる周波数帯をサポートする2つのテラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの交換を制御するプロセスについては、上記のステップY1からステップY5を参照する。

この出願の上記のステップにおいて、第1の宇宙機は、主に宇宙通信方法を説明するための例として使用される点に留意すべきである。第2の宇宙機により実行される宇宙通信方法については、第1の宇宙機により実行される宇宙通信方法を参照する。詳細は、この出願のこの実施形態では再び説明しない。この出願の実施形態において提供される空間通信方法のステップの順序は、適切に調整でき、状況に基づいて、ステップが対応して追加又は削除できる。この出願に開示された技術的範囲から逸脱することなく、当業者により容易に理解できる如何なる方法もこの出願の保護範囲に入るものとし、したがって、詳細は再び説明しない。

説明の便宜上及び簡潔性のため、上記のサブシステム、システム及び装置の具体的な動作プロセスについては、上記の装置の実施形態における対応するプロセスを参照することが当業者により明確に理解され得る。詳細は、ここでは再び説明しない。

図１３は、この出願の例示的な実施形態による制御デバイス50の概略構造図である。制御デバイスは、上記の中央コントローラの機能を実現してもよく、或いは、上記の中央コントローラ、第1のコントローラ及び第2のコントローラの機能を実現してもよい。例えば、制御デバイス50は、プロセッサ52及びネットワークインタフェース54を含んでもよい。

プロセッサ52は、1つ以上の処理コアを含む。プロセッサ52は、様々な機能アプリケーション及びデータ処理を実行するために、ソフトウェアプログラム及びモジュールを実行し、それにより、上記の宇宙通信方法において1つの宇宙機により実行される方法における1つ以上のステップを実現する。

複数のネットワークインタフェース54が存在してもよい。ネットワークインタフェース54は、他の記憶デバイス又はネットワークデバイスと通信するように構成される。

任意選択で、制御デバイス50は、メモリ56及びバス58のようなコンポーネントを更に含む。メモリ56及びネットワークインタフェース54は、バス58を使用することによりプロセッサ52に別々に接続される。

メモリ56は、ソフトウェアプログラム及びモジュールを記憶するように構成されてもよい。メモリ56は、少なくとも1つの機能に必要なオペレーティングシステム565及びアプリケーションプログラムモジュール564を記憶してもよい。オペレーティングシステム565は、オペレーティングシステム、例えば、リアルタイムオペレーティングシステム(Real-Time Executive, RTX)、Linux、Unix、Windows又はOS Xでもよい。

例えば、アプリケーションプログラムモジュール564は、
APTサブシステムを使用することにより他のAPTサブシステムのテラヘルツ波を捕捉するように構成された捕捉モジュール5641と、
他のAPTサブシステムのテラヘルツ波が捕捉された後に、テラヘルツ波を使用することにより他のAPTサブシステムを指向及び追尾するように構成された指向及び追尾モジュール5642と
を含んでもよい。

この出願において言及される「第1」、「第2」等は、如何なる順序、数又は重要性を示すものではなく、異なるコンポーネントの間を区別するためにのみ使用される。「含む」等は、単語の前に現れるコンポーネント又は対象物が、単語の後に現れ且つ当該コンポーネント又は対象物と等価なコンポーネント又は対象物をカバーし、他のコンポーネント又は対象物を除外しないことを意味する。「接続」、「リンク」等は、物理的又は機械的接続に限定されず、電気的接続を含んでもよく、、接続は、直接的又は間接的でもよい。

この出願における用語「及び/又は」は、関連する対象物を記述するための関連付け関係のみを記述し、3つの関係が存在してもよいことを表す。例えば、A及び/又はBは、以下の3つの場合、すなわち、Aのみが存在すること、AとBとの双方が存在すること、及びBのみが存在することを表してもよい。さらに、この明細書における文字「/」は、通常では関連する対象物の間の「又は」の関係を示す。

この出願における用語「A及びBのうち少なくとも1つ」は、関連する対象物を記述するための関連付け関係のみであり、3つの関係が存在してもよいことを表す。例えば、A及びBのうち少なくとも1つは、以下の3つの場合、すなわち、Aのみが存在すること、AとBとの双方が存在すること、及びBのみが存在することを表してもよい。

この出願は、上記に記載され、添付の図面に示されている正確な構造に限定されるものではなく、この出願の範囲から逸脱することなく、修正及び変更が行われてもよいことが理解されるべきである。この出願の範囲は、添付の特許請求の範囲によりのみ限定される。

Claims

APTサブシステムであって、
順次接続された第1のコントローラ、第1のテラヘルツトランシーバ及びテラヘルツアンテナアレイを含み、
前記第1のテラヘルツトランシーバは、テラヘルツ波を変調及び復調するように構成され、前記第1のテラヘルツトランシーバは、第2の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバと、第3の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバとを含み、
前記テラヘルツアンテナアレイは、前記テラヘルツ波を送信及び受信するように構成され、前記テラヘルツアンテナアレイは、互いに接続された第1のビーム形成ネットワーク及びアンテナアレイを含み、
前記第1のコントローラは、前記テラヘルツアンテナアレイを使用することにより他のAPTサブシステムを捕捉、指向及び追尾するように、前記第1のテラヘルツトランシーバを制御するように構成され、
前記第1のビーム形成ネットワークは、前記第2の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークと、前記第3の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークとを含み、前記アンテナアレイはマルチバンドアンテナアレイのセットを含み、
前記第2の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバ、前記第2の周波数帯をサポートする前記ビーム形成ネットワーク及び前記マルチバンドアンテナアレイは順次接続され、
前記第3の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバ、前記第3の周波数帯をサポートする前記ビーム形成ネットワーク及び前記マルチバンドアンテナアレイは順次接続され、
前記第2の周波数帯の中心周波数は前記第3の周波数帯の中心周波数未満であり、
前記第1のコントローラは、
粗追尾段階において、前記第2の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバの動作を制御し、前記粗追尾段階は、前記第2の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバの捕捉段階が開始した後に前記第2の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバの追尾精度が捕捉要件を満たす段階であるか、或いは、前記粗追尾段階は、前記第2の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバの捕捉段階の開始時点の後の予め設定された期間内の段階であり、
細微追尾段階において、前記第3の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバの動作を制御し、前記細微追尾段階は、時系列において前記粗追尾段階に隣接し且つその後に位置する段階である、
ように構成される、APTサブシステム。
前記第1のテラヘルツトランシーバは、送信されるべき第1のテラヘルツ波を変調し、変調された第1のテラヘルツ波を前記第1のビーム形成ネットワークに送信するように構成され、前記第1のビーム形成ネットワークは、前記変調された第1のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第1のテラヘルツ波を前記アンテナアレイに送信するように構成され、
前記アンテナアレイは、前記処理された第1のテラヘルツ波を送信するように構成され、
前記アンテナアレイは、第2のテラヘルツ波を受信し、前記第2のテラヘルツ波を前記第1のビーム形成ネットワークに送信するように更に構成され、
前記第1のビーム形成ネットワークは、前記第2のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第2のテラヘルツ波を取得し、前記処理された第2のテラヘルツ波を前記第1のテラヘルツトランシーバに送信するように更に構成され、
前記第1のテラヘルツトランシーバは、前記処理された第2のテラヘルツ波に対して復調処理を実行するように更に構成される、請求項１に記載のAPTサブシステム。
前記第1のテラヘルツトランシーバは、第1の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを含み、前記第1のビーム形成ネットワークは、前記第1の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークを含み、前記テラヘルツトランシーバ、前記ビーム形成ネットワーク及び前記アンテナアレイは順次接続され、
前記第1のコントローラは、捕捉段階において、第1のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、前記ビーム形成ネットワークを制御し、追尾段階及び指向段階において、第2のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、前記ビーム形成ネットワークを制御するように更に構成され、前記第2のビーム幅は前記第1のビーム幅よりも大きい、請求項２に記載のAPTサブシステム。
前記第1のコントローラは、各テラヘルツトランシーバの捕捉段階において、第3のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、前記テラヘルツトランシーバに接続されたビーム形成ネットワークを制御し、各テラヘルツトランシーバの追尾段階及び指向段階において、第4のビーム幅を使用することによりテラヘルツ波ビーム形成処理を実行するように、前記テラヘルツトランシーバに接続された前記ビーム形成ネットワークを制御するように構成され、前記第3のビーム幅は前記第4のビーム幅よりも大きい、請求項１に記載のAPTサブシステム。
宇宙機通信システムであって、
請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のAPTサブシステムと、
前記APTサブシステムにより追尾される他のAPTサブシステムが位置する宇宙機通信システム内の他の通信サブシステムと通信するように構成された通信サブシステムと
を含む宇宙機通信システム。
前記通信サブシステムは、
順次接続された第2のコントローラ、第2のテラヘルツトランシーバ及びテラヘルツアンテナアレイを含み、
前記第2のテラヘルツトランシーバは、テラヘルツ波を変調及び復調するように構成され、
前記テラヘルツアンテナアレイは、前記テラヘルツ波を送信及び受信するように構成され、
前記第2のコントローラは、前記テラヘルツアンテナアレイを使用することにより前記他の通信サブシステムと通信するように、前記第2のテラヘルツトランシーバを制御するように構成される、請求項５に記載の通信システム。
前記通信サブシステムの前記テラヘルツアンテナアレイは、互いに接続された第2のビーム形成ネットワーク及びアンテナアレイを含み、
前記第2のテラヘルツトランシーバは、送信されるべき第3のテラヘルツ波を変調し、変調された第3のテラヘルツ波を前記第2のビーム形成ネットワークに送信するように構成され、前記第2のビーム形成ネットワークは、前記変調された第3のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第3のテラヘルツ波を前記アンテナアレイに送信するように構成され、
前記アンテナアレイは、前記処理された第3のテラヘルツ波を送信するように構成され、
前記アンテナアレイは、第4のテラヘルツ波を受信し、前記第4のテラヘルツ波を前記第2のビーム形成ネットワークに送信するように更に構成され、
前記第2のビーム形成ネットワークは、前記第4のテラヘルツ波に対してビーム形成処理を実行し、処理された第4のテラヘルツ波を取得し、前記処理された第4のテラヘルツ波を前記第2のテラヘルツトランシーバに送信するように更に構成され、
前記第2のテラヘルツトランシーバは、前記処理された第4のテラヘルツ波に対して復調処理を実行するように更に構成される、請求項６に記載の通信システム。
当該通信システムは、
中央コントローラを更に含み、前記中央コントローラは前記第1のコントローラ及び前記第2のコントローラに別々に接続されるか、或いは、前記第1のコントローラ及び前記第2のコントローラは前記中央コントローラに統合され、
前記APTサブシステム及び前記通信サブシステムは、マルチバンドアンテナアレイのセットを共有し、
前記第1のテラヘルツトランシーバは、第4の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを含み、前記第1のビーム形成ネットワークは、前記第4の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークを含み、前記第4の周波数帯は、前記第1のテラヘルツトランシーバによりサポートされる周波数帯であり、前記第4の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバ、前記第4の周波数帯をサポートする前記ビーム形成ネットワーク及び前記マルチバンドアンテナアレイは順次接続され、
前記第2のテラヘルツトランシーバは、第5の周波数帯をサポートするテラヘルツトランシーバを含み、前記第2のビーム形成ネットワークは、前記第5の周波数帯をサポートするビーム形成ネットワークを含み、前記第5の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバ、前記第5の周波数帯をサポートする前記ビーム形成ネットワーク及び前記マルチバンドアンテナアレイは順次接続され、
前記中央コントローラは、前記第4の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバ及び前記第5の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバにより伝送されるデータのタイプの切り替えを制御するように構成される、請求項７に記載の通信システム。
前記中央コントローラは、
前記第4の周波数帯の中心周波数が前記第5の周波数帯の中心周波数未満である場合、前記第4の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバの追尾精度が、指定の追尾精度閾値未満であるか否かを決定し、前記指定の追尾精度閾値は、前記通信サブシステムの通信要件を満たす最小追尾精度であり、
前記第4の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバの前記追尾精度が前記指定の追尾精度閾値未満であるとき、前記第4の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバにより伝送される前記データの前記タイプをAPTデータから通信データに切り替え、前記第5の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバにより伝送される前記データの前記タイプを通信データからAPTデータに切り替える、
ように構成される、請求項８に記載の通信システム。
前記中央コントローラは、
前記第2のテラヘルツトランシーバの第2の通信容量が通信容量閾値未満であるか否かを検出し、
前記第2の通信容量が前記通信容量閾値未満であるとき、前記第1のテラヘルツトランシーバの第1の通信容量を取得し、
前記第1の通信容量が前記通信容量閾値未満でないとき、前記第4の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバにより伝送される前記データの前記タイプをAPTデータから通信データに切り替え、前記第5の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバにより伝送される前記データの前記タイプを通信データからAPTデータに切り替え、或いは、
前記第1の通信容量が前記通信容量閾値未満であるとき、前記第1の通信容量と前記第2の通信容量とを比較し、
前記第1の通信容量が前記第2の通信容量よりも大きいとき、前記第4の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバにより伝送される前記データの前記タイプをAPTデータから通信データに切り替え、前記第5の周波数帯をサポートする前記テラヘルツトランシーバにより伝送される前記データの前記タイプを通信データからAPTデータに切り替える
ように構成される、請求項８又は９に記載の通信システム。