JP7466388B2 - 観測システムおよび観測衛星 - Google Patents

Description

本開示は、観測データの衛星間通信に関するものである。

常時観測を目的とする観測システムでは、観測によって発生するデータ量が多い。そのため、伝送容量の拡大が重要である。

従来の通信装置では、増幅器は線形領域を使って信号の増幅を行う。しかし、線形領域だけを利用すると周波数利用効率を高めることができない。そのため、伝送容量が拡大されない。
特許文献１には、変換特性が良好な高周波線形増幅器が開示されている。

特開平４－２９２００５号公報

伝送容量の拡大のためには、非線形領域を利用して周波数利用効率を高めることが効果的である。
非線形領域を利用すると、通常、信号帯域が拡大する。しかし、信号帯域が認許されている周波数帯域を逸脱する可能性がある。

本開示は、観測データの衛星間通信において、伝送容量を拡大するために周波数利用効率を高めると共に信号帯域が認許されている周波数帯域を逸脱しないようにすることを目的とする。

本開示の観測システムは、
観測衛星と、
前記観測衛星から通信信号を受信し、前記通信信号を地上設備へ送信する通信衛星と、
を備える。
前記観測衛星は、
観測を行って観測データを生成する観測装置と、
前記観測データを処理して通信データを生成するデータ処理装置と、
前記通信データを前記通信信号に変換し、前記通信信号を前記通信衛星へ送信する通信装置と、
を備える。
前記通信装置は、
前記通信データを変調することによって変調信号を生成すると共にロールオフフィルタによって前記変調信号の周波数帯域を制限する変調器と、
周波数帯域が制限された前記変調信号を線形領域と非線形領域との両方を含んだ範囲で増幅する増幅器と、
増幅された前記変調信号を前記通信信号として送信するアンテナと、
を備える。

本開示によれば、増幅される信号の周波数帯域がロールオフフィルタによって制限される。そのため、信号帯域が認許されている周波数帯域を逸脱しない。さらに、本発明によれば、非線形領域を利用して信号の増幅が行われる。そのため、周波数利用効率が高まる。その結果、観測データの衛星間通信において伝送容量が拡大される。

実施の形態１における観測システム１００の構成図。 実施の形態１における観測衛星２００の構成図。 実施の形態１における通信装置２３０の構成図。 実施の形態１における送信機２４０の構成図。 実施の形態１における観測データ通信方法のフローチャート。 実施の形態１におけるステップＳ１３０のフローチャート。

実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。図中の矢印はデータの流れ又は処理の流れを主に示している。

実施の形態１．
観測データの衛星間通信について、図１から図６に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、観測システム１００の構成を説明する。
観測システム１００は、地球１０９または宇宙空間を観測するためのシステムである。
観測システム１００は、１機以上の観測衛星２００と、１機以上の通信衛星１１０と、１つ以上の地上設備１２０と、を備える。

観測衛星２００は、地球１０９または宇宙空間を観測する人工衛星である。
観測衛星２００は、通信信号１０１を通信衛星１１０へ送信する。
通信信号１０１は、地球１０９または宇宙空間を観測して得られたデータ（観測データ）を搬送する通信信号である。通信信号は、各種データを搬送する電磁波である。

通信衛星１１０は、通信信号１０１を中継する人工衛星である。
通信衛星１１０は、観測衛星２００から通信信号１０１を受信し、通信信号１０１を地上設備１２０へ送信する。
例えば、通信衛星１１０は、静止軌道に配備される。

地上設備１２０は、地上に設けられた設備であり、通信装置およびデータ処理装置（コンピュータ）を備える。
地上設備１２０は、通信衛星１１０から通信信号１０１を受信し、通信信号１０１から観測データを抽出する。

図２に基づいて、観測衛星２００の構成を説明する。
観測衛星２００は、観測装置２１０と、データ処理装置２２０と、通信装置２３０と、を備える。

観測装置２１０は、地球１０９または宇宙空間を観測するための装置である。観測装置２１０を用いた観測によって得られるデータを「観測データ２０１」と称する。
例えば、観測装置２１０は、可視光学センサ、赤外線センサまたは合成開口レーダ（ＳＡＲ）である。例えば、観測データ２０１は、画像に相当するデータである。

データ処理装置２２０は、データ処理を行うコンピュータである。観測データ２０１を含んだ通信データを「通信データ２０２」と称する。通信データは、通信パケットまたは通信フレームともいう。

通信装置２３０は、衛星間通信を行う装置である。衛星間通信は、人工衛星間で行われる通信である。

図３に基づいて、通信装置２３０の構成を説明する。
通信装置２３０は、アンテナ２３１と、受信機２３２と、送信機２４０と、を備える。

アンテナ２３１は、通信信号を送受信するための装置である。
例えば、アンテナ２３１は、送信機２４０から出力される信号（変調信号２０３）を、電磁波に変換して通信信号１０１として送信する。

受信機２３２は、通信信号に対する受信処理を行う装置である。
受信機２３２は、通信信号から各種データを復号する。

送信機２４０は、通信データに対する送信処理を行う装置である。
例えば、送信機２４０は、通信データ２０２を変調信号２０３に変換する。変調信号２０３について後述する。

図４に基づいて、送信機２４０の構成を説明する。
送信機２４０は、変調器２４１と増幅器２４２とを備える。
変調器２４１は、ロールオフフィルタ２４１Ｆを備える。
変調器２４１および増幅器２４２の動作について後述する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図５に基づいて、観測データ通信方法を説明する。
観測データ通信方法は、観測衛星２００から地上設備１２０へ観測データ２０１を通信するための方法であり、観測システム１００によって実行される。

ステップＳ１１０からステップＳ１３０は、観測衛星２００によって実行される。

ステップＳ１１０において、観測装置２１０は、地球１０９または宇宙空間を観測し、観測データ２０１を生成する。

観測データ２０１は、観測装置２１０から出力され、データ処理装置２２０へ入力される。

ステップＳ１２０において、データ処理装置２２０は、観測データ２０１を処理して通信データ２０２を生成する。通信データ２０２は、観測データ２０１を含んでいる。

通信データ２０２は、データ処理装置２２０から出力され、通信装置２３０へ入力される。

ステップＳ１３０において、通信装置２３０は、通信データ２０２を通信信号１０１に変換し、通信信号１０１を通信衛星１１０へ送信する。
ステップＳ１３０の詳細について後述する。

ステップＳ１４０は、通信衛星１１０によって実行される。

ステップＳ１４０において、通信衛星１１０は、通信信号１０１を受信し、通信信号１０１を地上設備１２０へ送信する。

ステップＳ１５０において、地上設備１２０は、通信信号１０１を受信する。
そして、地上設備１２０は、通信信号１０１から観測データ２０１を抽出する。具体的には、地上設備１２０は、通信信号１０１から通信データ２０２を復号し、通信データ２０２から観測データ２０１を取得する。

図６に基づいて、ステップＳ１３０の詳細を説明する。
ステップＳ１３１において、変調器２４１は、通信データ２０２を変調することによって変調信号２０３を生成すると共に、ロールオフフィルタ２４１Ｆによって変調信号２０３の周波数帯域を制限する。
変調信号２０３は、通信データ２０２を変調することによって得られる信号である。
変調方式は予め決められている。また、制限される周波数帯域の範囲は予め決められている。

変調信号２０３は、変調器２４１から出力され、増幅器２４２へ入力される。

ステップＳ１３２において、増幅器２４２は、周波数帯域が制限された変調信号２０３を線形領域と非線形領域との両方を含んだ範囲で増幅する。
増幅器２４２の線形領域は、増幅器２４２が線形増幅器として機能する電圧範囲である。線形領域内での増幅において、入力信号と出力信号との間には線形性という関係がある。増幅器２４２の線形領域は予め決められている。
増幅器２４２の非線形領域は、増幅器２４２が線形増幅器として機能しない電圧範囲である。非線形領域を利用した増幅において、入力信号と出力信号との間には非線形性という関係がある。

増幅された変調信号２０３は、増幅器２４２から出力され、アンテナ２３１へ入力される。

ステップＳ１３３において、アンテナ２３１は、増幅された変調信号２０３を電磁波に変換して送信する。送信される電磁波が通信信号１０１である。

＊＊＊補足説明＊＊＊
ロールオフフィルタ２４１Ｆはディジタルフィルタである。ロールオフフィルタ２４１Ｆにはロールオフ率が予め設定される。
ロールオフ率の値が小さいほど信号帯域の制限が大きくなる。そして、信号帯域の制限が大きいと、変調信号２０３が非線形歪みの影響を受けやすくなる。
そこで、増幅器２４２が、歪み補償によって非線形歪みの影響を軽減させる。

一般的に、非線形歪みを回避するためには、増幅器が線形領域を利用して信号の増幅を行う必要がある。しかし、線形領域を利用して所望の出力電力を得るためには、高出力の増幅器が必要となる。但し、高出力の増幅器は、消費電力、発熱量およびサイズが大きい。そのため、高出力の増幅器の使用は、システムリソースに多大なインパクトを与える。

一方、増幅器２４２は、歪み補償によって非線形歪みの影響を軽減させる。そして、歪み補償によって、増幅器２４２を高い動作点で使用することができる。つまり、増幅器２４２は、歪み補償によって出力電力を上げることができる。
したがって、増幅器２４２が高出力の増幅器でなくても、増幅器２４２は所望の出力電力を得ることが可能である。
また、増幅器２４２とアンテナ２３１との間の導波管ルーティングを最適化することにより、給電損失を抑えることができる。その結果、通信信号１０１の出力電力を向上させることができる。つまり、増幅器２４２とアンテナ２３１との間の導波管ルーティングを短くすることにより、通信信号１０１の出力電力を向上させることができる。

実施の形態１において「観測」は「監視」と読み替えることもできる。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
送信機２４０において、変調器２４１は、ロールオフフィルタ２４１Ｆによって変調信号２０３の周波数帯域を制限する。これにより、信号帯域が認許されている周波数帯域を逸脱しない。また、増幅器２４２は、非線形領域を利用して変調信号２０３を増幅する。これにより、周波数利用効率が高まり、伝送容量が拡大される。

観測衛星２００から観測データを迅速かつ高速に常時伝送するためには、静止軌道に配備した通信衛星１１０を経由するのが合理的である。
実施の形態１により、通信衛星１１０の機能および性能を変更することなく、観測衛星２００からのデータ通信量を増大することができる。

＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊

各実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本開示の技術的範囲を制限することを意図するものではない。各実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。

１００ 観測システム、１０１ 通信信号、１０９ 地球、１１０ 通信衛星、１２０ 地上設備、２００ 観測衛星、２０１ 観測データ、２０２ 通信データ、２０３ 変調信号、２１０ 観測装置、２２０ データ処理装置、２３０ 通信装置、２３１ アンテナ、２３２ 受信機、２４０ 送信機、２４１ 変調器、２４１Ｆ ロールオフフィルタ、２４２ 増幅器。

Claims (2)

1. 観測衛星と、
   前記観測衛星から通信信号を受信し、前記通信信号を地上設備へ送信する通信衛星と、を備える観測システムであって、
   前記観測衛星は、
   観測を行って観測データを生成する観測装置と、
   前記観測データを処理して通信データを生成するデータ処理装置と、
   前記通信データを前記通信信号に変換し、前記通信信号を前記通信衛星へ送信する通信装置と、
   を備え、
   前記通信装置は、
   前記通信データを変調することによって変調信号を生成すると共にロールオフフィルタによって前記変調信号の周波数帯域を制限する変調器と、
   周波数帯域が制限された前記変調信号を線形領域と非線形領域との両方を含んだ範囲で増幅する増幅器と、
   増幅された前記変調信号を前記通信信号として送信するアンテナと、
   を備え、
   前記増幅器は、前記非線形領域を利用して前記変調信号を増幅し、歪み補償によって高い動作点で使用され出力電力を上げることによって、前記通信衛星の機能および性能を変更することなく、前記観測衛星からのデータ通信量を増大させる
   観測システム。
2. 観測を行って観測データを生成する観測装置と、
   前記観測データを処理して通信データを生成するデータ処理装置と、
   前記通信データを通信信号に変換し、前記通信信号を送信する通信装置と、
   を備え、前記通信信号を静止軌道に配備される通信衛星を経由して地上設備へ送信する観測衛星であって、
   前記通信装置は、
   前記通信データを変調することによって変調信号を生成すると共にロールオフフィルタによって前記変調信号の周波数帯域を制限する変調器と、
   周波数帯域が制限された前記変調信号を線形領域と非線形領域との両方を含んだ範囲で増幅する増幅器と、
   増幅された前記変調信号を前記通信信号として送信するアンテナと、
   を備え、
   前記増幅器は、前記非線形領域を利用して前記変調信号を増幅し、歪み補償によって非線形歪みの影響を軽減させ高い動作点で使用され出力電力を上げることによって、前記通信衛星の機能および性能を変更することなく、前記観測衛星からのデータ通信量を増大させる
   観測衛星。

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