JPH09214415A - 光通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、小形・軽量化を確保したうえで、
通信の多様化を図ることにある。 【解決手段】宇宙航行体４０と相手側宇宙航行体４１と
のランデブードッキングに供するために、これら宇宙航
行体４０と相手側宇宙航行体４１との相対距離、速度及
び方位角を検出する光測距用の光アンテナ１０を利用し
て、宇宙航行体４０と相手宇宙航行体４１との間の無線
光通信を実行するように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば人工衛
星、宇宙ステーション、宇宙往還機等の宇宙航行体間に
おいて、空間伝搬を利用して光通信を行うのに用いる光
通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光通信システムにおいては、通
信局間を光ファイバーケーブルでケーブル接続して、こ
の光ファイバケーブルを伝送路として、相互間で光通信
を行う光ファイバ方式が採用されている。このような光
通信システムにあっては、在来からのＲＦ通信に比して
通信容量を飛躍的に増大することが可能となる。

【０００３】ところで、最近の宇宙開発の分野において
は、衛星間通信等の通信の多様化が図られており、通信
容量の増大が要請されている。そこで、宇宙開発の分野
にあっては、宇宙航行体間に光通信システムを構築し
て、通信容量の大容量化を図る構想がある。

【０００４】しかしながら、上記光ファイバーケーブル
で光路を構成する光通信システムでは、光ファイバーケ
ーブルを宇宙航行体間に敷設しなければならないため
に、宇宙空間に構築することが困難であるという問題を
有する。

【０００５】そこで、宇宙空間に構築する光通信システ
ムとして、光ファイバーケーブルを敷設することなく，
空間伝搬を利用して、通信光を相手局に送信して光通信
を行う方式が考えられ、研究されている。このような光
通信システムとしては、空間を伝搬した光を、光アンテ
ナを用いて送受して、光信号処理系に導かれる。この
際、光アンテナは、通信方向に高精度に指向制御され
る。

【０００６】ところが、上記空間を伝播する伝搬光を利
用した光通信システムにあっては、その通信方式上、通
信の多様化の要求を満足することが可能であるが、高い
精度でアライメント調整した光アンテナを含む光学系を
備えて、この光学系を高精度な精度で指向制御する制御
系等を備える必要があるために、その構成が非常に大形
となり、重量の増加を招くという問題を有する。係る事
情は、通信の多様化の要請と共に、小形・軽量化の要請
の強い宇宙開発の分野において、今後の重大な課題の一
つとなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、空
間の伝搬を利用した光通信システムにあっては、小形・
軽量化を確保したうえで、通信の多様化を図ることが要
請される。この発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、簡易な構成で、小形・軽量化を確保し得、且つ、通
信の多様化を図り得るようにした光通信システムを提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、被測距部及
び光通信部が設けられる第１の宇宙航行体と、測距用レ
ーダ光を前記第１の宇宙航行体に向けて射出し、該第１
の宇宙航行体の被測距部で反射した前記レーダ光の反射
レーダ光を受光する光アンテナが指向制御自在に搭載さ
れた第２の宇宙航行体と、前記光アンテナで受光した反
射レーダ光に基づいて前記第２の宇宙航行体と前記第１
の宇宙航行体との相対距離、速度及び方位角を検出する
光測距手段と、この光測距手段で検出した前記第２の宇
宙航行体の方位角情報に基づいて前記光アンテナを前記
第１の宇宙航行体の被測距部及び光通信部に指向制御す
る制御手段と、前記光アンテナに通信光を射出して前記
第１の宇宙航行体の光通信部に送信し、且つ前記第１の
宇宙航行体の光通信部から射出された相手側通信光が前
記光アンテナを介して受信され、前記第１の宇宙航行体
の光通信部との光通信を行う光通信手段とを備えて光通
信システムを構成したものである。

【０００９】上記構成によれば、第１の宇宙航行体と第
２の宇宙航行体との相対距離、速度及び方位角を検出す
るための光測距手段のレーダ光を、第２の宇宙航行体の
被測距部に送信する光アンテナを利用して、第２の宇宙
航行体の光通信手段と第１の宇宙航行体の光通信部との
光通信が実行される。従って、一つの光アンテナを用い
て光測距と、第１及び第２の宇宙航行体間の光通信とを
行うことが可能となり、構成部品の軽減が図れることに
より、小形・軽量化を確保したうえで、通信の多様化を
図るこが可能となる。

【００１０】また、この発明は、レーダ光、通信光及び
相手側通信光の波長をそれぞれ異なるように設定した。
これによれば、レーダ光、通信光及び相手側通信光の分
離が容易に可能となり、構成の簡略化が図れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発
明の一実施の形態に係る光通信システムを示すもので、
光アンテナ１０は、例えば主反射鏡１０ａ及び副反射鏡
１０ｂで構成され、図２に示す宇宙航行体４０に搭載さ
れる。この宇宙航行体４０は、光アンテナ１０を介して
相手側宇宙航行体４１と光通信を実行する（図２参
照）。

【００１２】上記光アンテナ１０の光入出力部には、図
１に示すように走査鏡１１が配設され、この走査鏡１１
は、角度駆動部１２を介して角度調整自在に設けられ、
その光路には光学系、例えば第１のビームスプリッタ１
３の入出力路が対向して配設される。この第１のビーム
スプリッタ１３の反射光路には、第２のビームスプリッ
タ１４の入出力光路が対向して配設され、この第２のビ
ームスプリッタ１４の透過光路には、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ
Ｄｉｏｄｅ）等の通信用の第１の光発振部１５が設け
られる。この第１の光発振部１５には、制御信号が入力
され、この制御信号に応動して、例えば波長８３０ｎｍ
の通信光を出力する。

【００１３】上記第２のビームスプリッタ１４の反射光
路には、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等のレーダ用
の第２の光発振部１６が設けられる。この第２の光発振
部１６には、制御信号が入力され、その制御信号に応動
して、例えば波長８６０ｎｍのレーダ光を出力する。第
２のビームスプリッタ１４は、第１の光発振部１５から
の通信光を透過して第１のビームスプリッタ１３の反射
光路に出力し、第２の光発振部１６からのレーダ光を反
射して第１のビームスプリッタ１３の反射光路に出力す
る。

【００１４】また、第１のビームスプリッタ１３の透過
光路には、光分配用の第３のビームスプリッタ１７が設
けられる。この第３のビームスプリッタ１７の反射光路
には、４分割ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ
Ｄｉｏｄｅ）等の角度検出用光検出器１８が角度検出
用バンドパスフィルタ１９、集光レンズ２０を介在して
配設される。

【００１５】この光検出器１８には、角度制御部２１の
一方の入力端が接続され、入力した反射レーダ光に基づ
いてレーダ光との角度誤差を検出して、角度制御部２１
に出力する。

【００１６】角度制御部２１には、その他方の入力端に
走査鏡１１の角度検出センサ２２の出力端が接続され、
この角度検出センサ２２の検出信号と光検出器１８から
の角度誤差に基づいて方位角情報を生成して、上記走査
鏡駆動部１２を駆動制御し、走査鏡１１の傾き角を制御
して光アンテナ１０からレーダ光及び通信光を相手側宇
宙航行体４１に向けて指向制御する。そして、角度制御
部２１には、ランデブードッキング制御部２３が接続さ
れ、その生成した方位角情報を該ランデブードッキング
制御部２３に出力する。

【００１７】また、上記第３のビームスプリッタ１７の
透過光路には、光分波用ダイクロイックミラーと称する
光分波器２４が配設され、この光分波器２４の反射光路
には、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉ
ｏｄｅ）等の通信用光検出器２５がバンドパスフィルタ
２６、集光レンズ２７を介在して配設される。光分波器
２４は、入力した反射レーダ光を透過して光検出器２８
に出力し、入力した相手側通信光を反射して光検出器２
５に出力する。

【００１８】光検出器２５は、光分波器２４で反射され
た相手側通信光がバンドパスフィルタ２６、集光レンズ
２７を介して入力され、ここに、その出力信号に基づい
た相手側宇宙航行体４１とのいわゆる無線光通信が行わ
れる。

【００１９】そして、光分波器２４の透過光路には、Ａ
ＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）
等のレーダ光検出用の光検出器２８がバンドパスフィル
タ２９、集光レンズ３０を介在して配設される。この光
検出器２８の出力端には、上記ランデブードッキング制
御部２３が接続される。このランデブードッキング制御
部２３は、入力した出力信号より相手側宇宙航行体４１
との相対距離、速度を算出して、その相対距離及び速度
と上記角度制御部２１からの方位角情報とに基づいて宇
宙航行体４０の駆動信号を生成して該宇宙航行体４０を
航行制御し、相手側宇宙航行体４１とのランデブードッ
キングを実行する。

【００２０】一方、上記宇宙航行体４０と光通信に供す
る相手側宇宙航行体４１には、コーナキューブ・リフレ
クタと称する被測距用の反射部３１が宇宙航行体４０の
光アンテナ１０に対応して搭載される。この反射部３１
は、宇宙航行体４０の光アンテナ１０から射出されて宇
宙空間を伝搬して入射したレーダ光を反射して、その反
射レーダ光をレーダ光到来方向に射出する。

【００２１】また、相手側宇宙航行体４１には、例えば
波長８００ｎｍの通信光を出力するＬＤ（Ｌａｓｅｒ
Ｄｉｏｄｅ）等の通信用の光発振部３２、及びＡＰＤ
（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）等の
通信用光検出器３３がバンドパスフィルタ３４及び集光
レンズ３５を介在して上記宇宙航行体４０の光アンテナ
１０に対向して搭載される。このうち光発振部３２は、
制御信号に応動して相手側通信光を上記レーダ光到来方
向に射出する。これにより、光発振部３２から射出され
た相手側通信光は、宇宙航行体４０の光アンテナ１０に
向かって宇宙空間を伝搬される。

【００２２】他方、光検出器３３は、宇宙航行体４０の
光アンテナ１０から射出された通信光が宇宙空間を伝搬
して通信光用バンドパスフィルタ３４及び集光レンズ３
５を介して入力され、ここに、その出力信号に基づいた
宇宙航行体側との無線光通信が行われる。

【００２３】上記構成において、第２の光発振部１６か
ら出力されたレーダ光は、第２のビームスプリッタ１４
で反射されて第１のビームスプリッタ１３を介して走査
鏡１１に導かれ、該走査鏡１１で反射されて光アンテナ
１０を介して相手側宇宙航行体４１に向けて射出され
る。このレーダ光は、宇宙空間を伝搬して相手側宇宙航
行体４１の反射部３１に導かれて、該反射部３１で反射
され、反射レーダ光として、再び宇宙航行体４０の光ア
ンテナ１０まで伝搬されて該光アンテナ１０で受信さ
れ、走査鏡１１に入力される。

【００２４】この反射レーダ光は、走査鏡１１を介して
第１のビームスプリッタ１３の透過光路に導かれ、該第
１のビームスプリッタ１３を透過して第３のビームスプ
リッタ１７の入力光路に導かれる。すると、この反射レ
ーダ光は、第３のビームスプリッタ１７で分配されて、
光分波器２４及びバンドパスフィルタ１９に導かれる。
このうちバンドパスフィルタ１９に導かれた反射レーダ
光は、集光レンズ２０を介して光検出器１８に入力され
る。

【００２５】光検出器１８は、入力した反射レーダ光に
基づいてレーダ光の角度誤差を求めて、角度制御部２１
に出力する。同時に、角度制御部２１には、角度検出セ
ンサ２２の検出信号が入力され、この検出信号と角度誤
差に基づいて相手側宇宙航行体の方位角を算出し、その
方位角情報により走査鏡駆動部１２を駆動制御して、走
査鏡１１の傾き角を制御し、光アンテナ１０の指向方向
を制御する。この際、角度制御部２１は、算出した方位
角情報をランデブードッキング制御部２３に出力する。

【００２６】他方、光分波器２４は、入力した反射レー
ダ光を透過して、この反射レーダ光をバンドパスフィル
タ２９及び集光レンズ３０を介して光検出器２８に出力
する。光検出器２８は、入力した反射レーダ光に基づい
た出力信号をランデブードッキング制御部２３に出力す
る。

【００２７】ランデブードッキング制御部２３は、入力
した出力信号に基づいて相手側宇宙航行体４１との相対
距離及び速度を算出して、この相対距離、速度及び上記
方位角情報とに基づいて宇宙航行体４０を航行制御し
て、相手側宇宙航行体４１とのランデブードッキングを
実行する。

【００２８】同時に、第１の光発振部１５から出力され
た通信光は、第２のビームスプリッタ１４を透過して第
１のビームスプリッタ１３に導かれて、走査鏡１１に導
かれ、該走査鏡１１で反射されて光アンテナ１０を介し
て相手側宇宙航行体４１に向けて射出される。

【００２９】この通信光は、宇宙空間を伝搬して相手側
宇宙航行体４１の光検出器３３にバンドパスフィルタ３
４及び集光レンズ３５を介して入力される。この光検出
器３３は、入力した通信光に基づいた出力信号を生成
し、ここに、宇宙航行体４０との無線光通信が実行され
る。

【００３０】また、相手側宇宙航行体４１は、その光発
振部３２がレーダ光の到来方向に相手側通信光を射出す
る。すると、相手側通信光は、指向制御されている宇宙
航行体４０の光アンテナ１０に向かって宇宙空間を伝搬
して光アンテナ１０に導かれる。この光アンテナ１０で
受信した相手側通信光は、走査鏡１１を介して第１のビ
ームスプリッタ１３の透過光路に入力される。

【００３１】第１のビームスプリッタ１３は、相手側通
信光を第３のビームスプリッタ１７に出力する。第３の
ビームスプリッタ１７は、相手側通信光を透過して光分
波器２４に出力する。光分波器２４は、入力した通信光
をバンドパスフィルタ２６及び集光レンズ２７を介して
光検出器２５に出力する。この光検出器２５は、入力し
た相手側通信光に基づいた出力信号を生成し、ここに、
相手側宇宙航行体４１との無線光通信が実行される。

【００３２】そして、上記ランデブードッキング制御部
２３により、宇宙航行体４０及び相手側宇宙航行体４１
は、ランデブードッキングが完了されると、その完了状
態において、宇宙航行体４０の第１の発振部１５からの
通信光が上記光アンテナ１０を含む光路で相手側宇宙航
行体４１の光検出器３３に入力され、無線光通信が実行
される。同時に、相手側宇宙航行体４１の光発振部３２
から射出される相手側通信光は、光アンテナ１０を含む
光路で同様に宇宙航行体４０の光検出器２５に入力され
て無線光通信が行われる。

【００３３】このランデブードッキング状態において、
宇宙航行体４０の走査鏡１１は、その傾き角が収束状態
となり、以後、その傾き角を制御することなく、光アン
テナ１０を介して相互の通信光及び相手側通信光の送受
が行われて光通信が可能となる。

【００３４】このように、上記光通信システムは、宇宙
航行体４０と相手側宇宙航行体４１とのランデブードッ
キングに供するために、これら宇宙航行体４０と相手側
宇宙航行体４１との相対距離、速度及び方位角を検出す
る光測距用の光アンテナ１０を利用して、これら宇宙航
行体４０と相手宇宙航行体４１との間の無線光通信を実
行するように構成した。

【００３５】これによれば、一つの光アンテナ１０を用
いて光測距と、光通信とを構成することが可能となるこ
とにより、その構成部品が軽減されるため、宇宙航行体
システムの小形・軽量化を確保したうえで、最近の宇宙
開発において研究されている通信の多様化が実現され
る。

【００３６】また、光アンテナ１０を含む光測距系を、
ランデブードッキング系と兼用することが可能となるこ
とにより、搭載部品の軽減が図れるために、宇宙開発で
強く要請されている省電力化の促進と共に、宇宙航行体
設計上の自由度の向上が図れる。

【００３７】なお、上記実施の形態では、相手側宇宙航
行体４１との相対距離、速度及び方位角を検出してラン
デブードットキング動作に供するための光測距系を利用
して構成した場合で説明したが、これに限ることなく、
他の目的で宇宙航行体間を光測距する光測距手段を利用
して構成することも可能であり、略同様の効果が期待さ
れる。

【００３８】また、上記実施の形態では、レーダ光、通
信光及び相手側通信光の波長を異なるように構成した
が、これに限ることなく、同一波長のレーダ光、通信光
及び相手側通信光を用いて構成することも可能である。
但し、この場合、宇宙航行体側に電気的に信号を分離す
る機能を備える必要がある。よって、この発明は、上記
実施の形態に限ることなく、その他、この発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論の
ことである。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、簡易な構成で、小形・軽量化を確保し得、且つ、通
信の多様化を図り得るようにした光通信システムを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態に係る光通信システム
を示した図。

【図２】図１の宇宙航行体と相手側宇宙航行体との光通
信状態を示した図。

【図３】図１の相手側宇宙航行体の構成を示した図。

【符号の説明】

１０…光アンテナ。 １０ａ…主反射鏡。 １０ｂ…副反射鏡。 １１…走査鏡。 １２…走査鏡駆動部。 １３…第１のビームスプリッタ。 １４…第２のビームスプリッタ。 １５…第１の光発振部。 １６…第２の光発振部。 １７…第３のビームスプリッタ。 １８，２５，２８，３３…光検出器。 １９，２６，２９，３４…バンドパスフィルタ。 ２０，２７，３０，３５…集光レンズ。 ２１…角度制御部。 ２２…角度検出センサ。 ２３…ランデブードッキング制御部。 ２４…光分波器。 ３１…反射部。 ３２…光発振部。 ４０…宇宙航行体。 ４１…相手側宇宙航行体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測距部及び光通信部が設けられる第１
   の宇宙航行体と、 測距用レーダ光を前記第１の宇宙航行体に向けて射出
   し、該第１の宇宙航行体の被測距部で反射した前記レー
   ダ光の反射レーダ光を受光する光アンテナが指向制御自
   在に搭載された第２の宇宙航行体と、 前記光アンテナで受光した反射レーダ光に基づいて前記
   第２の宇宙航行体と前記第１の宇宙航行体との相対距
   離、速度及び方位角を検出する光測距手段と、 この光測距手段で検出した前記第２の宇宙航行体の方位
   角情報に基づいて前記光アンテナを前記第１の宇宙航行
   体の被測距部及び光通信部に指向制御する制御手段と、 前記光アンテナに通信光を射出して前記第１の宇宙航行
   体の光通信部に送信し、且つ前記第１の宇宙航行体の光
   通信部から射出された相手側通信光が前記光アンテナを
   介して受信され、前記第１の宇宙航行体の光通信部との
   光通信を行う光通信手段とを具備した光通信システム。
2. 【請求項２】 前記レーダ光、通信光及び相手側通信光
   は、それぞれ波長が異なることを特徴とする請求項１記
   載の光通信システム。
3. 【請求項３】 前記測距手段は、第２の宇宙航行体と第
   １の宇宙航行体とのランデブードッキングに供するラン
   デブードッキングシステムを構成することをことを特徴
   とする請求項１又は２記載の光通信システム。
4. 【請求項４】 前記光アンテナは、第２の宇宙航行体と
   第１の宇宙航行体とがドッキングした状態において、相
   互間の光通信に供する光路を構成することを特徴とする
   請求項３記載の光通信システム。