KR100452809B1 - 통신시스템 및 이 시스템에 있어서의 통신용 수신장치, 및통신단말 - Google Patents

통신시스템 및 이 시스템에 있어서의 통신용 수신장치, 및통신단말 Download PDF

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Abstract

인공건조물이나 식물 등에 좌우되지 않는 통신회선을 이동체나 고층빌딩에 둘러싸인 건조물내의 고정국과의 사이에서 성립시키는 동시에, 이것을 이용하여 위성방송, 이동체위성통신, 위성간통신, 지구관측 등을 효율적으로 행할 수 있고, 또한 보다 적은 인공위성수로 시스템을 구성할 수 있는 저렴한 인공위성서비스를 제공한다.
기준시각(5)에 있어서의 복수의 인공위성의 궤도 6요소(7, 8, 9, 10, 11, 12)를 결정하고 상기 결정한 궤도 6요소에 대응하는 타원궤도를 복수 조합하여, 그 궤도상에 위성을 1기씩 적절하게 배치함으로써 구성된 인공위성군을 이용하여 위성통신 또는 위성방송을 행한다.

Description

통신시스템 및 이 시스템에 있어서의 통신용 수신장치, 및 통신단말{COMMUNICATION SYSTEM, COMMUNICATION RECEIVING DEVICE AND COMMUNICATION TERMINAL IN THE SYSTEM}
본 발명은 통신시스템, 및 이 시스템에 있어서의 통신용 송수신장치 및 통신단말에 관한 것으로서, 특히 위성통신, 위성방송, 위성이동체통신 등의 통신방송분야와, 해당 인공위성이 주회하는 천체에 관한 관측의 분야에서 이용할 수 있는 인공위성, 그 궤도 및 그 궤도배치알고리즘 및 해당 인공위성을 적용한 통신방송시스템에 적합한 통신시스템 및 이 시스템에 있어서의 위성통신용 송수신장치, 및 통신단말에 관한 것이다.
(a) 인공위성의 궤도요소(근지점 인수)의 설정에 관한 종래의 기술
인공위성이 지구를 중심으로 주회하는 경우, 그 궤도는 지구의 중력장의 불균일성, 달·태양 등의 인력, 대기저항 및 태양복사압의 영향을 받아 항상 변동하고 있다. 그런 관점에서 보면 지구를 중심으로 주회하는 인공위성의 궤도로서 원궤도는 존재하지 않고, 다소의 이심률을 가진 광의의 타원궤도로 되어 있다.
따라서, 본 명세서에서는 「타원궤도」에 대하여 「해당 인공위성이 그 목적을 달성하기 위하여 투입되는 궤도의 궤도요소의 설정공정에 있어서, 이심률이 0이 되는 것을 의도하고 있지 않고, 이심률이 0보다 크고 1보다 작은 궤도」라고 정의한다.
종래, 타원궤도를 사용한 인공위성으로서 실용화되어 있는 예로서, 러시아가 구소비에트연방시대부터 사용하고 있는 모르니어위성(궤도주기 약 12시간)이 있다.또, 타원궤도를 사용한 인공위성으로서 유럽에서는 아르키메데스(궤도주기 약 8시간)라는 통신위성이 제안되어 있다. 또한 실용화되어 있지는 않으나, 궤도주기 약 24시간인 툰드라궤도가 제안되어 있다. 이들에 공통되는 것은 그들의 궤도경사각이 모두 약 63.4도라는 점이다.
일반적으로 인공위성이 주회하는 궤도의 근지점은 지구의 중력장의 불균일성(지구형상의 편평성 등)의 영향에 따라 궤도면 내에서 회전하게 되나, 궤도경사각을 약 63.4도로 설정하면 근지점 인수의 시간변화율을 구하는 수식에 있어서 승산(乘算)의 1항이 0이 되어 시간변화율이 0이 되기 때문에, 이 회전이 멈추는 것으로 생각된다.
(b) 복수의 인공위성의 궤도배치방법에 관한 종래의 기술
종래에 타원궤도를 주회하는 복수의 인공위성을 사용한 통신시스템이 실용화되거나 연구되거나 하고 있다. 상기한 모르니어위성, 아르키메데스 등에 대해서도 복수의 인공위성을 배치하는 것은 설명되고 있으나, 구체적인 궤도의 배치방법에 대해서는 설명되지 않고 있다.
현재, 복수의 인공위성을 사용한 통신시스템이 제안되어 있으나, 궤도배치 방법에 관한 구체적인 수법의 개시는 없어, 구체적인 궤도배치수법이 요청되고 있었다.
이에 대하여 일본국 특개평11-34996호 공보에서는 「천정방향에서의 체재시간이 긴 궤도의 인공위성과 그 궤도제어방법 및 그것을 사용한 통신시스템」이 제안되어 있다.
(c) 이동체통신 및 이동체로의 방송에 관한 종래의 기술
종래, 자동차 등의 이동체에 있어서 텔레비전방송을 수신하고자 하면, 텔레비전국의 방송설비로부터 떨어진 지역에서는 영상이 나빠지는 것, 텔레비전국의 방송설비로부터 가까운 장소에서도 화상의 어른거림이 있는 것, 이동하면 수신할 수 있는 채널이 바뀌게 되는 것 등의 문제점이 있었다. 또 정지궤도상의 통신방송위성으로부터의 텔레비젼방송을 이동체상에서 수신하더라도 빌딩 등의 인공건조물, 가로수나 자연지형에 의하여 전파가 차단되는 일이 많아, 쾌적하게 텔레비전방송을 이동체상에서 즐길 수 없었다.
또 앰블런스 등의 이동체로부터 화상 등의 대량 데이터전송을 행하거나 하는 것도 기존의 지상 통신인프라 및 통신위성에 의해서는 실현되지 않고 있다.
상기한 문제 등에 대처하기 위하여 자동차 등의 이동체에 대한 대량 데이터전송을 위한 인공위성의 궤도요소 설정방법에 대해서는 일본국 특개평11-34996호 공보에 있어서 제안되어 있고, 또 그 인공위성의 궤도요소에 대해서도 제안이 이루어지고 있다.
이하에 공지의 예에 의거하여, 상기한 (a), (b), (c) 각 항목에 대응하여 구체적으로 종래의 기술과 문제점을 설명한다.
(a) 인공위성의 궤도요소(근지점 인수)의 설정에 관한 과제와 본 발명의 목적
상기한 모르니어위성, 아르키메데스, 및 툰드라궤도는 모두 그 궤도경사각이약 63.4도로 고정되어 있다. 이는 근지점의 궤도면 내에서의 회전을 억제하는 것이 주목적이라고 생각된다. 한편, 상기 인공위성을 이용하는 지역이 유럽이나 러시아 등의 고위도지역이기 때문에, 약 63.4도로 큰 궤도경사각을 이용하는 데는 장점도 있다.
일본의 위치를 생각했을 경우, 최북단의 에토로후시마가 북위 약 45도, 최남단의 오키노토리시마가 북위 약 20도로, 중위도로부터 저위도에 국토가 분포되어 있다. 이 때문에 상기의 궤도경사각 63.4도를 이용하면 궤도의 높이가 충분히 높지 않으면 일본 국토에서는 이용하기 어려운 인공위성시스템이 되어 버린다. 따라서 일본국토의 위치에 맞춘 인공위성의 궤도를 생각한다면 그 궤도경사각은 약 63.4도 이외의 수치를 채용하지 않을 수 없고, 따라서 궤도의 근지점은 회전을 발생시키게 된다.
근지점의 회전을 제어하기 위해서는 인공위성에 그 제어용 추진약을 탑재하는 것이 필요하게 된다. 예를 들어 일본국 특개평11-34996호 공보에 있어서 제안되어 있는 궤도요소 중에서 궤도경사각 40도, 또한 이심률이 0.24인 경우에 시뮬레이션을 행한 결과, 궤도제어용 추진약의 최대 약 75%를 근지점 인수를 270도 근방으로 제어하기 위하여 사용해야만 하는 예도 존재하기 때문에, 궤도요소의 설정방법에 따라서는 근지점 인수의 제어용 추진약이 전체의 추진약량에 대하여 지배적으로 되는 경우가 있다. 이에 따라 해당 인공위성에 탑재할 수 있는 기기가 삭감되거나 해당 인공위성의 궤도상 수명이 줄어들거나 할 가능성이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하는 것을 가능하게 하기 위하여, 인공위성이 주회하는 궤도의 궤도요소의 설정단계에 있어서 궤도 6요소의 하나인 근지점 인수를 설정하는 것을 목적으로 한다.
(b) 복수의 인공위성의 궤도배치방법의 과제와 본 발명의 목적
궤도주기가 약 8시간이고 근지점 인수가 약 270도인 타원궤도를 사용한 통신시스템이 많이 제안되어 있다. 이들은 유럽, 북미 및 일본의 세 지역 상공에 원지점이 나타나는 것으로서, 3기 또는 6기의 인공위성을 사용한 통신서비스의 제공을 목적으로 하는 것이다. 3 또는 6이라는 위성수의 근거에 대해서는 해당 세 지역의 상공에 동시에3 기의인공위성이 돌아오도록 직감적으로 또는 자연적으로 설정되었다고 추측된다. 여기서는 그 이외의 기수의 위성을 사용한 경우에 대해서는 기술되어 있지 않다. 또한 궤도요소의 설정방법에 대해서는 궤도주기 8시간으로부터 수학적으로 도출되는 궤도장반경(궤도길이반경) 20,270km 및 궤도역학적으로 안정하다고 되어 있는 궤도경사각 63.4도 이외에 구체적인 수치의 제시는 없는 것이 대부분이며, 또 그 도출방법에 대해서는 공표되어 있지 않다.
인공위성 궤도의 지상궤적을 그리는 경우에 기하학적, 시각적으로 이차원에서 표현되는 것은 궤도장반경(궤도길이반경) 또는 궤도주기, 이심률, 궤도경사각 및 근지점 인수의 네 가지 궤도요소뿐이기 때문에, 매우 개념적인 설계단계에서는 이들을 설정하는 것만으로도 되는 것도, 이와 같이 명확한 궤도요소가 제시되지 않고, 또 그 도출방법이 명시되지 않는 원인 중 하나라고 생각된다.
상기한 일본국 특개평11-34996호 공보에서는 위성의 궤도주기가 약 12시간 및 약 24시간인 인공위성의 궤도요소설정방법이 제안되어 있다. 또 일본을 서비스대상으로 하였을 경우에 앙각(仰角)이 70도 이상이 되는 경우의 위성의 궤도요소와 위성수가 예시되어 있다. 그러나 이들 이외의 주기의 궤도의 궤도요소 및 위성수 에 대해서는 구체적인 수치를 든 제안이 이루어지지 않고 있다. 또 상기 공지예에 기재되어 있는 것은 특정지역의 천장방향에 오래 체재하는 타원궤도의 궤도요소의 설정수법이며, 반드시 인공위성의 궤도요소의 설정 전부에 적용할 수 있는 것은 아니었다.
또한 종래에 제안되었던 또는 현재 개발되고 있는 복수의 인공위성을 사용한 시스템에 대하여 설명한다. 예를 들어 이동체통신위성시스템에서는 그 서비스대상을 전세계로 하고 있고, 동일한 궤도장반경(궤도길이반경) 및 궤도경사각을 갖는 원궤도(이심률이 0)를 주회하는 것이며, 그 밖의 궤도요소 및 도출방법에 대해서는 공표되어 있지 않다. 이는 해당 인공위성을 사용한 시스템의 고안자의 노하우라고 생각하여 공표되어 있지 않은 것으로 생각된다. 또 지금까지 실현되어 온 지구관측시스템에서는 전세계를 샅샅이 관측할 수 있도록 태양동기준회귀궤도를 주회하는 인공위성을 조합한 것이었다. 한편, 특정한 지역에 대하여 집중적이면서도 연속적으로 통신서비스 또는 관측을 행하는 경우에는 정지위성이 사용되고 있다.
본 발명에서는 임의의 수의 복수의 인공위성을 사용하여, 인공위성이 주회하는 천체의 특정 지역에 대하여 통신서비스, 방송서비스를 집중적이면서도 연속적으로 제공하고자 하는 경우, 또는 인공위성이 주회하는 천체의 특정 지역이나 해당 지역의 기상을 집중적이면서도 연속적으로 관측하는 경우에 있어서, 인공위성의 궤도요소를 설정하기 위하여 보편적으로 적용할 수 있는 방법, 특히 임의의 수의 복수의 인공위성의 궤도장반경(궤도길이반경), 이심률, 궤도경사각, 근지점 인수, 승교점적경(昇交點赤經) 및 진근점이각(眞近點離角)의 설정수법을 명백하게 하고, 그 방법에 따라 궤도를 설계한 경우의 궤도요소의 구체적인 수치를 분명하게 하는 것을 목적으로 한다.
(c) 이동체통신 및 이동체에의 방송에 관한 과제와 본 발명의 목적
이동체에 대한 대용량통신에 대해서는 일반가입전화, 휴대전화, 간이형 휴대전화 등의 기존의 통신인프라로 대응할 수 없음은 분명하다.
또 인공건조물, 자연지형 등에 의하여 통신차단을 일으키기 쉬운 정지위성통신시스템도 이동체에 대한 대용량통신에 대하여 대응할 수 없다.
현재 정비가 진행되고 있는 이리듐 등의 저중고도를 주회하는 위성통신시스템은 높은 앙각에 위성이 가시되게 되는 시간이 수분으로 짧기 때문에, 분명히 이동체에 대한 대용량통신에 대하여 대응할 수 없음은 분명하다.
상기의 각종 통신시스템은 이동체와의 통신에 대하여 충분히 대응할 수 없으나, 이동체에의 디지털텔레비전방송·디지털음성방송 등을 생각하면 더욱 그들의 적용성에 대해서는 부정적으로 되지 않을 수 없다.
인공위성에 의한 이동체에의 방송서비스를 생각하면, 인공위성은 서비스대상이 되는 지역범위내에 있어서 높은 앙각의 방향에 긴 시간에 걸쳐 안정되게 가시되게 되는 것이 필수이다.
본 명세서에 있어서 「인공위성이 가시」라고 하는 것은 「지구상에 설치된 인공위성추적관제용 지구국 및 각종 위성통신용 송수신장치와, 인공위성과의 사이의 통신을, 전파 또는 빛에 의하여 행할 수 있는 공간영역에 인공위성이 있는 것」이라고 정의한다.
이를 실현하기 위해서는 일반적으로 서비스대상이 되는 지역의 상공에 원지점이 오는 타원궤도가 바람직하다고 생각되고 있으나, 그 궤도요소의 적절한 설정방법이나 알고리즘에 관해서는 확고하게 한 것은 일본국 특개평11-34996호 공보 이외에는 제안되어 있지 않다.
상기한 일본국 특개평11-34996호 공보에서 제안되어 있는 궤도요소에서는 그 이심률의 최저값이 0.24이다. 해당 이심률에서도 지상에서 위성까지의 거리는 해당 지점에서 정지위성까지의 거리보다 일반적으로 커지기 때문에, 이하와 같은 문제점이 있어 개선의 여지가 있다.
(1) 전파의 전파(transmission)상의 자유공간손실이 커져, 인공위성에 탑재되는 통신·방송용 기기에 높은 송수신능력이 요구되게 된다. 구체적으로는 인공위성측에는 보다 큰 안테나 또는 보다 큰 송신출력을 갖는 송신기 및 수신능력이 높은 수신기가 필요하게 된다. 지상측에서는 위성통신용 송수신장치에 마찬가지로 보다 큰 안테나 또는 보다 큰 송신출력을 갖는 송신부 및 보다 큰 수신능력을 갖는 수신부가 필요하게 된다.
(2)또 지상으로부터의 거리가 크기 때문에 통신 지연이 커진다.
또한 이심률이 약간 크기 때문에, 서비스를 행하고 있는 인공위성과의 거리가 서비스대상으로 하는 지역의 끝단부와 반대방향의 끝단부에 있어서 다르게 된다. 이에 따라, 방송서비스를 행하는 인공위성을 전환할 때에 방송두절시간이 발생할 가능성이 있다.
본 발명은 이상의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 일본국 특개평11-34996호 공보에서 제안되어 있는 궤도요소를 「지상과의 통신」이라는 관점에서 개선한 것이며, 일본국토상이라는 특정 서비스지역의 영역범위내에서 보다 유효한 궤도요소의 범위를 설정하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기한 (a), (b), (c)에서 든 문제점을 각각 해결하는 것도 목적으로 하고 있으나, (a), (b), (c) 중 어느 하나의 조합 또는 (a), (b) 및 (c) 전부를 동시에 해결하는 것을 목적으로 하고 있다. (a), (b) 및 (c)를 모두 해결함으로써, 일본국토라는 특정 지역에 대하여 복수의 인공위성을 사용하여 이동체통신, 이동체방송을 용이해지게 하는, 인공위성의 궤도요소의 도출방법을 제공하는 동시에 범위를 한정함으로써 일본국토에 적합한 궤도요소를 나타내는 것도 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은 상기한 (a), (b), (c)에서 든 문제점을 해결한 후에 복수의 인공위성을 이용하는 각종 시스템을 구축하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1은 24시간 주기의 인공위성의 궤도가 궤도제어를 행하지 않고 있는 경우의 장기간에 걸친 변동의 모양을 그 궤도의 지상궤적에 의하여 세계지도(위도방향, 경도방향에 대하여 각도를 등간격으로 나타낸 것)상에 나타낸 도,
도 2는 본 발명에 의한 궤도 6요소의 설정방법을 나타낸 플로우차트,
도 3은 인공위성의 궤도를, 본 발명의 알고리즘에 의하여 설정한 궤도 6요소로 제어하기 위한 정보의 흐름을 나타낸 설명도,
도 4는 인공위성의 궤도제어를 위하여 인공위성추적관제설비로 실시되는 작업과 정보의 흐름을 나타낸 설명도,
도 5는 인공위성의 궤도제어를 위하여 인공위성내부에서 행하여지는 처리와 정보의 흐름을 나타낸 설명도,
도 6은 본 발명의 알고리즘에 의하여 얻어진, 3기의 인공위성을 이용한 궤도배치예에 관하여 지구를 중심으로 하여 궤도를 부감한 설명도,
도 7은 본 발명의 알고리즘에 의하여 얻어진 궤도배치예 2에 관하여 지구를 중심으로 하여 궤도를 부감한 설명도,
도 8은 위성방송시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 9는 위성방송시스템의 기지국으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 10은 위성방송시스템의 위성방송단말로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 11은 지상방송도 수신할 수 있는 위성방송시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 12는 위성방송시스템의 지상기지국으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 13은 위성방송시스템의 위성방송단말로서의 다른 적용예를 나타낸 설명도,
도 14는 위성방송시스템으로서의 다른 적용예를 나타낸 설명도,
도 15는 위성방송시스템의 기지국으로서의 다른 적용예를 나타낸 설명도,
도 16은 위성방송시스템의 위성방송단말로서의 다른 적용예를 나타낸 설명도,
도 17은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 18은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 19는 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 20은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 21은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 22는 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 23은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 24는 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 25는 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 26은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 27은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 28은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 29는 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 30은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 31은 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 32는 위성통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 33은 위성간통신시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 34는 지구관측시스템으로서의 적용예를 나타낸 설명도,
도 35는 24시간 주기의 궤도를 주회하는 인공위성이 네무로, 삿포로, 센다이, 니이가타, 도쿄, 나고야, 가나자와, 오오사까, 히로시마, 고오치, 후쿠오카, 가고시마 및 나하에서 동시에 앙각 70도 이상으로 가시되게 되는 시간길이에 대하여, 궤도경사각과 이심률의 조합마다 그 최대동시가시시간길이를 나타낸 특성도,
도 36은 도 35에 있어서의 최대동시가시시간이 6시간 45분 이상이 되는 부분에 대하여 상세하게 나타낸 특성도,
도 37은 24시간 주기의 궤도의 궤도요소인 궤도경사각이 42.5도, 이심률이 O.21에서 네무로, 삿포로, 센다이, 니이가타, 도쿄, 나고야, 가나자와, 오오사까, 히로시마, 고오치, 후쿠오카, 가고시마 및 나하에서 동시에 앙각 70도 이상으로 가시되게 되는 시간길이가 최대가 된 경우를 시뮬레이션하였을 때의, 해당 궤도를 주회하는 인공위성이 가시되게 되는 앙각의 시간변화를 나타낸 도,
도 38은 24시간 주기의 궤도의 궤도요소인 궤도경사각이 42.5도, 이심률이 O.21에서 네무로, 삿포로, 센다이, 니이가타, 도쿄, 나고야, 가나자와, 오오사까, 히로시마, 고오치, 후쿠오카, 가고시마 및 나하에서 동시에 앙각 70도 이상으로 가시되게 되는 시간길이가 최대가 된 경우를 시뮬레이션하였을 때의, 해당 궤도를 주회하는 인공위성이 나하에서 가시되게 되는 방향을 천공도로 나타낸 도,
도 39는 도 35 및 도 36에 있어서, 각 궤도경사각에 있어서 최장의 최대동시가시시간을 부여하는 이심률과 그 궤도경사각의 조합에 대하여, 근지점 인수를 변화시켰을 때에 그 조합에서의 최대동시가시시간길이가 어떻게 변화되는가를 나타낸 도,
도 40은 24시간주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 210도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적을 세계지도상에 나타낸 도이며, 이 세계지도는 위도방향, 경도방향에 대하여 각도를 등간격으로 나타낸 것,
도 41은 24시간주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 230도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적을 세계지도상에 나타낸 도이며, 이 세계지도는 위도방향, 경도방향에 대하여 각도를 등간격으로 나타낸 것,
도 42는 24시간주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 250도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적을 세계지도상에 나타낸 도이며, 이 세계지도는 위도방향, 경도방향에 대하여 각도를 등간격으로 나타낸 것,
도 43은 24시간주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 270도가되는 인공위성의 궤도의 지상궤적을 세계지도상에 나타낸 도이며, 이 세계지도는 위도방향, 경도방향에 대하여 각도를 등간격으로 나타낸 것,
도 44는 24시간주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 290도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적을 세계지도상에 나타낸 도이며, 이 세계지도는 위도방향, 경도방향에 대하여 각도를 등간격으로 나타낸 것,
도 45는 24시간주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 310도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적을 세계지도상에 나타낸 도이며, 이 세계지도는 위도방향, 경도방향에 대하여 각도를 등간격으로 나타낸 것,
도 46은 24시간 주기의 타원궤도가 정지궤도와 교차하는 경우의 근지점 인수를 타원궤도의 이심률마다 나타낸 도,
도 47은 조합(42.5도, 0.21)인 3기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 220일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 48은 조합(42.5도, 0.21)인 3기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 230일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 49는 조합(42.5도, 0.21)인 3기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 250일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 50은 조합(42.5도, 0.21)인 3기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 270일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 51은 조합(42.5도, 0.21)인 3기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 290일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 52는 조합(42.5도, 0.21)인 3기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 310일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 53은 조합(42.5도, 0.21)인 4기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 220일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 54는 조합(42.5도, 0.21)인 4기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 230일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 55는 조합(42.5도, 0.21)인 4기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 250일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 56은 조합(42.5도, 0.21)인 4기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 270일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 57은 조합(42.5도, 0.21)인 4기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 290일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 58은 조합(42.5도, 0.21)인 4기의 인공위성을 사용하여 24시간 서비스가 제공되는 경우, 근지점인수가 310일 때 인공위성들 중 적어도 하나가 70도 이상의 앙각에서 가시인 경우, 시간율(%)의 등고선에 의해 표현된 시뮬레이션 결과를 나타내는 챠트,
도 59는 기준시각으로서, 2001년 10월 1일, 시각 0:00:000(UTC)를 취한 조합(42.5도, 0.21)의 경우 궤도관제가 완전히 실행될 때 3년에 걸친 장기간 궤도예측의 시뮬레이션에 의해 얻어진 이심률에 있어서의 변화를 나타내는 그래프,
도 60은 기준시각으로서, 2001년 10월 1일, 시각 0:00:000(UTC)를 취한 조합(42.5도, 0.21)의 경우 궤도관제가 완전히 실행될 때 3년에 걸친 장기간 궤도 예측의 시뮬레이션에 의해 얻어진 궤도경사각에 있어서의 변화를 나타내는 그래프,
도 61은 기준시각으로서, 2001년 10월 1일, 시각 0:00:000(UTC)를 취한 조합(42.5도, 0.21)의 경우 궤도관제가 완전히 실행될 때 3년에 걸친 장기간 궤도 예측의 시뮬레이션에 의해 얻어진 근지점인수에 있어서의 변화를 나타내는 그래프,
도 62는 기준시각으로서, 2001년 10월 1일, 시각 0:00:000(UTC)를 취한 조합(42.5도, 0.21)의 경우 궤도관제가 완전히 실행될 때 3년에 걸친 장기간 궤도 예측의 시뮬레이션에 의해 얻어진 승교점적경에 있어서의 변화를 나타내는 그래프,
도 63은 영국에서의 인공위성을 통한 서비스를 설명하는 시뮬레이션 지도,
도 64는 영국에서의 인공위성을 통한 서비스를 설명하는 시뮬레이션 지도,
도 65는 유럽주요국가에서의 인공위성을 통한 서비스를 설명하는 시뮬레이션 지도,
도 66은 뉴질랜드에서의 인공위성을 통한 서비스를 설명하는 시뮬레이션 지도,
※부호의 설명
1 : 기준시각으로부터 하루에 걸친 궤도의 지상궤적
2 : 기준시각으로부터 1095일후부터 1096일후에 걸친 궤도의 지상궤적
3 : 기준시각으로부터 2190일후부터 2191일후에 걸친 궤도의 지상궤적
4 : 기준시각으로부터 3650일후부터 3651일후에 걸친 궤도의 지상궤적
5 : 기준시각의 설정 6 : 인공위성수(n)의 설정
7 : 근지점 인수(ω)의 잠정값의 설정
8 : 궤도장반경(궤도길이반경)(a)의 잠정값의 설정
9 : 이심률(e)의 잠정값의 설정 10 : 궤도경사각(i)의 잠정값의 설정
11 : 위성번호 1인 인공위성의 궤도의 승교점적경(Ω1)과 진근점이각(θ1)의 잠정값의 설정
12 : 위성번호 k인 인공위성의 궤도의 승교점적경(Ωk)과 진근점이각(θk)의 잠정값의 설정
13 : 계산기에 의한 시뮬레이션 14 : 평가
15 : 기준시각에 있어서의 각 인공위성의 궤도요소
17 : 기준시각의 궤도 6요소 18 : 인공위성추적관제설비
19 : 제어코맨드 20, 60, 61, 62 : 인공위성
21 : 발사기추적관제설비 22 : 목표투입궤도요소
23 : 발사기 24 : 송수신시스템
25 : 측거시스템 26 : 계산기시스템
27 : 텔레메트리, 레인징신호 28 : 레인징신호
29 : 거리 및 거리변화율 30 : 궤도결정프로그램
31 : 궤도 6요소 32 : 궤도제어프로그램
33 : 자세제어량, 궤도제어량 34 : 코맨드생성프로그램
35 : 제어코맨드 36 : 코맨드, 레인징신호
37 : 통신계 38 : 데이터처리계
39 : 자세궤도제어계 40 : 가스제트장치
41 : 자세제어액츄에이터구동 42 : 스러스터밸브구동
50 : 지구 51 : 지구의 적도면
63 : 인공위성(60)의 궤도 64 : 인공위성(61)의 궤도
65 : 인공위성(62)의 궤도 66 : 궤도(63)의 승교점
67 : 궤도(64)의 승교점 68 : 궤도(65)의 승교점
70a : 인공위성a 70b : 인공위성b
70c : 인공위성c 70d : 인공위성d
71a : 인공위성a의 궤도a 71b : 인공위성b의 궤도b
71c : 인공위성c의 궤도c 71d : 인공위성d의 궤도d
72a : 궤도a의 승교점 72b : 궤도b의 승교점
72c : 궤도c의 승교점 72d : 궤도d의 승교점
90 : 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성
91 : 인공위성(90)을 개재하여 위성방송을 송신하는 기지국
92 : 인공위성(90)을 개재하여 위성방송을 수신하는 위성방송단말
93 : 지상방송국
94 : 지상방송과 인공위성(90)을 개재한 위성방송을 수신하는 위성방송단말
95 : 공중회선이나 휴대전화 등의 지상통신망
96 : 지상통신망(95)을 경유하여 위성방송단말로부터의 희망을 받아들이는 것이 가능한 인공위성(90)을 개재하여 위성방송을 송신하는 기지국
97 : 지상통신망(95)과의 통신기능을 가지고 인공위성(90)을 개재하여 위성방송을 수신하는 위성방송단말
98 : 인공위성(90)을 개재하여 위성통신을 행하는 기지국
99 : 인공위성(90)을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신용 송수신장치
100 : 전지구위치측정시스템을 구성하는 인공위성
101 : 전지구위치측정시스템을 구성하는 인공위성으로부터의 위치측정신호로 자신의 위치를 측정할 수 있는 기능과 함께 인공위성(90)을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신용 송수신장치
102 : 전기, 가스, 수도의 사용량을 측정하는 기능과 함께 인공위성(90)을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신용 송수신장치
103 : 정보네트워크의 정보를 수집·중계하는 기능과 함께 인공위성(90)을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신용 송수신장치
104 : 환경을 모니터하는 기능을 갖는 동시에 인공위성(90)을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신용 송수신장치
105 : 이상을 검출하는 기능과 함께 인공위성(90)을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신용 송수신장치
106 : VICS 등의 도로정보통지시스템
107 : 도로정보
108 : 도로통지시스템(106)으로부터의 도로정보(107)를 수신하는 기능과 함께 인공위성(90)을 거쳐 위성통신을 행하는 위성통신용 송수신장치
109 : 인공위성
110 : 인공위성(90)을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신용 송수신장치
111 : 지구관측센서를 탑재한 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성
151 : 24시간주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 210도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적
152 : 24시간 주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 230도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적
153 : 24시간 주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 250도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적
154 : 24시간 주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 270도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적
155 : 24시간 주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 290도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적
156 : 24시간 주기, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 310도가 되는 인공위성의 궤도의 지상궤적
여기서도 전항의 (a), (b), (c)에서 든 과제에 대응하여 설명한다.
(a) 궤도 6요소 중 하나인 근지점 인수의 설정에 관하여
일반적으로 인공위성을 사용한 계획에서는 해당 인공위성이 가동해야 할 기간을 미션수명으로서 정의한다. 이 미션수명기간중에 걸쳐 근지점 인수를 전혀 제어하지 않는 경우에 인공위성이 그 목적을 달성하기 위하여 투입되어야 할 궤도에투입된 직후의 초기값의 근지점 인수로부터 어느 정도 변동하는지를, 컴퓨터를 이용하여 정밀도좋게 추정할 필요가 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 인공위성이 주회하는 궤도의 궤도요소의 근지점 인수의 초기값은 상기의 추정값을 이용하여 설정되는 것으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 스스로의 자세를 검출하는 것을 목적으로 한 자세센서와, 검출한 자세데이터를 처리하는 계산기와, 해당 계산기에 의하여 자세를 유지 또는 변경하기 위한 액츄에이터 또는 가스제트장치와, 스스로의 궤도를 변경하기 위한 가스제트장치와, 전파에 의하여 해당 인공위성과 관제국의 통신회선을 성립시키기 위한 통신장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 인공위성을 사용한다. 해당 인공위성이 주회하는 중심천체가 지구인 경우, 해당 인공위성에는 GPS 위성으로부터의 전파를 수신하는 동시에 스스로의 위치와 속도를 계산하는 장치를 구비하고 있어도 된다. 여기서 GPS 위성이란 미국의 Global Positioning System(GPS)을 구성하는 Navstar위성, 마찬가지로 항법용의 러시아 Glonass위성, 일본의 운수다목적위성 등을 총칭하는 것이다.
(b) 복수의 위성의 궤도배치방법에 대하여
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 인공위성이 주회하는 궤도는 해당 인공위성을 이용하여 행하여지는 서비스의 대상이 되는 특정 지역과, 해당 인공위성의 수와, 해당 서비스대상지역에의 해당 인공위성에 의한 서비스 빈도와, 해당 서비스대상지역에의 해당 인공위성 1기에 의한 서비스계속시간과, 궤도요소를 정의하는 기준시각을 입력조건으로 하여 구한 궤도 6요소에 의하여 정의되는 것으로 한다.
보다 구체적으로는, 궤도요소의 결정에 있어서는 인공위성수의 결정공정, 궤도장반경(궤도길이반경)의 결정공정, 이심률·궤도경사각·근지점 인수의 설정공정, 승교점적경의 설정공정, 진근점이각의 설정공정 및 상기 인공위성수의 결정공정으로부터 진근점이각의 설정공정에 이르는 모든 공정의 반복에 의하여 궤도 6요소가 결정된다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 (a)와 동일한 인공위성을 사용해도 된다.
(c) 이동체통신 및 이동체에의 방송에 관하여
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 (a)와 동일한 인공위성을 사용해도 된다.
또, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 타원궤도상을 주회하는 인공위성의 궤도경사각이 37도 이상 44도 이하의 범위내, 및 이심률이 0.24 미만의 범위내이거나, 또는 궤도경사각이 40도보다 크고 44도 이하의 범위내에 있고, 이심률이 0.24 이상 0.35 이하의 범위내에 있는 24시간 주기의 세 개 또는 네 개의 타원궤도를 주회하는, 3기 또는 4기의 인공위성으로 이루어지는 인공위성군을 사용한다. 여기서 인공위성은 각 궤도에 1기씩 배치된다. 여기서 궤도주기가 24시간이라고 하였을 경우, 본 명세서에서는 24시간이란 23시간 56분에 대하여 ±10분의 오차를 포함한 시간길이라고 정의한다.
이하는 상기 (a), (b) 및 (c)에 공통되어 사용되는 수단이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인공위성의 궤도를 제어하기 위한 궤도제어시스템, 인공위성을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신시스템, 지구관측장치를 탑재한 인공위성을 사용하는 지구관측시스템 등의 여러 가지 인공위성을 이용하는 시스템에 있어서, 상기 본 발명에 의한 궤도를 구비한 인공위성을 사용한다.
또 여기서 위성통신시스템에 있어서의 위성통신용 송수신장치는, 본 발명에 의한 인공위성이 대상으로 하는 서비스대상지역 내에서 사용될 때에는 해당 인공위성과의 신호의 송수신을 행하기 위한 송수신수단을 구비하는 것으로서, 해당 서비스대상지역 내를 이동하는 이동체에 탑재해도 된다. 또, 송수신장치에 전지구위치측정시스템을 구성하는 GPS 위성으로부터의 전파를 수신하여 스스로의 위치를 적어도 계측하는 GPS 수단이나 전기, 가스 및 수도 등의 공공요금의 대상이 되는 것 등에 대하여 그 사용량을 계측하는 계측수단을 더욱 구비하도록 해도 된다.
또, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인공위성을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신시스템에 있어서, 인공위성과, 상기 인공위성을 개재한 위성통신을 행하기 위한 위성통신용 송수신장치와, 상기 인공위성을 개재하여 상기 위성통신송수신장치와의 통신을 행하는 기지국을 적어도 구비하는 것으로서, 상기 인공위성은 타원궤도를 주회하는 인공위성이고, 상기 위성통신용 송수신장치는 이동체에 탑재 가능한 것이며, 상기 인공위성이 대상으로 하는 서비스대상특정지역 내에서 사용될 때에 해당 인공위성과의 신호의 송수신을 행하기 위한 송수신수단을 구비한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인공위성을 개재하여 위성통신을 행하는 위성통신시스템에 있어서, 인공위성과, 상기 인공위성을 개재한 위성통신을 행하기 위한 복수의 위성통신용 송수신장치를 적어도 구비하는 것으로서, 상기 인공위성은 타원궤도를 주회하는 인공위성이고, 상기 복수의 위성통신용 송수신장치는 상기 인공위성을 개재하여 다른 위성통신용 송수신장치와의 신호의 송수신을 행하기 위한 송수신수단을 각각 구비하는 것이며, 상기 복수의 위성통신용 송수신장치 중 적어도 하나는 상기 서비스대상지역 내에 위치하고, 그 외에는 상기 서비스대상지역 이외에서, 또한 상기 인공위성과의 위성통신이 가능한 지역에 위치하는 것이며, 상기 인공위성의 서비스대상지역에서 본 해당 인공위성의 앙각에 따라 상기 서비스대상지역 내에 위치하고 있는 위성통신용 송수신장치 사이의 중계, 상기 서비스대상지역 내의 위성통신용 송수신장치와 그 이외의 지역에 위치하는 위성통신용 송수신장치와의 중계, 및 상기 서비스대상지역 이외의 지역에 위치하는 위성통신용 송수신장치 사이의 중계 중 어느 하나의 중계형태가 선택된다.
(발명의 실시형태)
이하에 본 발명을 적용한,
·궤도요소를 설정하기 위한 수법(알고리즘)
·그 알고리즘에 의한 궤도요소의 설정값과 궤도배치의 예
·설정한 궤도요소를 실현하여 제어하기 위한 방책
·본 발명에 의한 궤도상을 주회하는 인공위성을 적용한 시스템
의 실시형태에 대하여 차례로 설명한다.
(1) 궤도요소를 설정하기 위한 수법(알고리즘)
여기서도 상기한 (a), (b) 및 (c)에 대응하여 (a) 및 (b)에 대하여 그 수법을 각각 설명한다. (c)의 과제에 대해서는 (a)에 의하여 근지점 인수의 설정에 대하여, 및 (b)의 수법에 의하여 복수의 인공위성의 배치방법이 해결되므로, 먼저 여기서는 일본에 있어서의 해당 인공위성군을 사용하여 이동체방송·통신하는 경우에 적합한 궤도요소의 수치범위에 대하여 설명한다.
네무로, 삿포로, 센다이, 니이가타, 도쿄, 나고야, 가나자와, 오오사까, 히로시마, 고치, 후쿠오카, 가고시마 및 나하의 13도시로부터 동시에, 궤도상을 비상하는 인공위성이 앙각 70도 이상으로 보이는 시간길이를 평가의 지표로 하여, 궤도주기가 24시간이 되는 궤도의 궤도요소의 조합을 생각한다.
인공위성의 궤도는 어느 시각에 있어서의 인공위성의 위치와 속도가 부여되면 일의적으로 결정된다. 따라서, 6개의 궤도요소가 어느 시각에 있어서 부여되면 인공위성의 궤도가 일의적으로 결정될 수 있다. 여기서는 궤도요소의 기술 방법으로서 케플러궤도요소를 이용하기로 한다. 케플러궤도요소는 타원의 크기를 나타내는 궤도장반경(궤도길이반경), 타원의 편평도를 나타내는 이심률, 궤도면의 경사를 나타내는 궤도경사각, 궤도가 적도면을 남에서 북으로 통과하는 승교점과 지심(地心)을 연결한 직선이 춘분점방향과 이루는 각을 나타내는 승교점적경, 승교점으로부터 근지점까지의 각도를 나타내는 근지점 인수 및 어느 시각에 있어서의 인공위성의 궤도상의 위치를 지심을 중심으로 하여 근지점으로부터 잰 각도인 진근점이각이라는 6개의 궤도요소로 이루어진다. 진근점이각 대신에 평균근점이각 또는 이심근점이각을 이용해도 된다.
궤도주기가 24시간이므로, 이에 따라 궤도요소의 하나인 궤도장반경(궤도길이반경)이 부여된다. 다음으로 궤도요소의 하나인 근지점 인수를 270도에 고정한다. 이 궤도장반경(궤도길이반경) 및 근지점 인수를 갖는 궤도에 있어서 궤도경사각과 이심률이라는 2개의 궤도요소의 조합을 생각한다. 이에 따라 해당 궤도의 지상궤적의 형상은 일의적으로 결정된다. 나머지 궤도요소인 승교점적경과 진근점이각이 기준시각에 대하여 결정되면 해당 궤도의 지상궤적의 동서방향의 위치(경도방위)가 결정된다. 이 때에 상기의 13도시로부터 앙각 70도 이상으로 동시에 해당 인공위성이 가시되게 되는 시간길이가 추정된다. 따라서, 승교점적경과 진근점이각의 조합을 동일한 기준시각에 대하여 차례로 바꾸어 감으로써 해당 궤도의 지상궤적이 동서방향으로 이동하고, 이에 따라 승교점적경과 진근점이각의 조합에 대한 상기의 각 도시로부터 앙각 70도 이상으로 궤도의 인공위성이 가시되게 되는 시간길이가 차례로 요구되어 간다. 이들을 비교함으로써, 최종적으로 궤도경사각과 이심률의 조합에 있어서의 상기의 13도시로부터 동시에 앙각 70도 이상으로 인공위성이 가시되게 되는 시간길이의 최대치가 요구된다.
도 35는 상기의 순서에 의하여 구한 것으로서, 궤도경사각이 35도부터 44도까지의 범위에 대하여 이심률이 0.0부터 0.35까지의 범위에서 변화시킨 시간에 그 궤도경사각과 이심률의 조합에서 부여되는 최대동시가시시간길이를 나타내고 있다. 예를 들어 궤도경사각이 35도이고 이심률이 0.20일 때에는 최대동시가시시간길이는 약 6시간임을 도 35에서 알 수 있다.
최대동시가시시간길이가 6시간 45분 이상이 되는 부분에서 이심률의 범위를 0.09부터 0.25까지를 상세하게 나타낸 것이 도 36이다.
도 36으로부터, 최대동시가시시간중에서 최대치를 부여하는 것이 궤도경사각 42.5도와 이심률 0.21의 조합임을 알 수 있고, 이 때 최대동시가시시간길이가 8시간보다 큼을 알 수 있다. 도 37에 상기의 13도시에서 해당 인공위성방향을 보았을 때의 앙각의 시간변화도를 나타낸다. 앙각 70도 이상이 되는 시각이 가장 느린 것이 삿포로이며, 앙각 70도 이하가 되는 시각이 가장 빠른 것이 네무로이기 때문에, 이 2개의 시간 사이의 시간차이가 8시간보다 커져 있다.
도 37에서도 알 수 있는 바와 같이, 나하에서는 앙각이 커진 후 감소로 바뀌고, 그 후 다시 앙각이 증가하고, 최종적으로 앙각이 감소하도록 앙각이 변화하고 있다. 이 경우에 있어서의 나하에서 해당 인공위성이 보이는 방향의 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 보여주는 천공도에 나타낸 것이 도 38이다. 도 38은 성좌조견판과 동일한 방법으로 보면 되며, 동심원의 중심이 천정이고, 위가 북, 오른쪽이 서, 아래가 남, 왼쪽이 동을 각각 향하고 있다. 동심원은 앙각이고 간격이 20도마다 그려져 있다. 또, 주위에 방위각을 10도마다 나타내고 있다. 좌표에 표시된 점은 1시간마다의 인공위성의 천공상의 위치이며, 그것을 천공상의 궤적이라는 형태로 연결하여 그린 것이다.
도 38에서 나하에서는 인공위성이 가시되게 되는 방향이, 천정방향에서 북의 수평선방향으로 이동하고 있음을 알 수 있고, 이에 따라, 도 37에서의 앙각의 시간변화를 설명할 수 있다. 도 37에서 다른 도시에 대해서도 동일한 앙각의 시간변화는 이와 동일한 천공도에 의하여 설명할 수 있다. 도 35 및 도 36에 있어서, 궤도경사각 44도에서의 최대동시가시시간이 줄어들고 있는 것은 이와 같이 나하에서는 인공위성의 가시되게 되는 방향이 지평선방향으로 지나치게 움직이게 되어, 한번 앙각 70도 이하가 되어, 또 앙각 70도 이상의 방향으로 되돌아가게 됨으로써, 동시가시시간길이를 짧게 하고 있는 것에 기인하는 것이다.
인공위성 3기로 하루 24시간의 서비스를 행하는 경우에는 이 최대동시가시시간길이가 8시간 이상이 되는 궤도경사각과 이심률의 조합이 바람직하고, 인공위성 4기로 하루 24시간의 서비스를 행하는 경우에는 이 최대동시가시시간길이가 6시간 이상이 되는 궤도경사각과 이심률의 조합이 바람직하다. 궤도경사각과 이심률의 조합에 대해서는 도 35 및 도 36을 참조하면 된다.
복수의 타원궤도를 주회하는 인공위성을 사용하여 방송서비스를 행하는 경우에는 방송서비스를 행하는 인공위성을 차례로 전환해 갈 필요가 있고, 상기와 같이 이동체방송·통신을 행하는 경우에는 복수의 도시에서 동시에 인공위성이 높은 앙각으로 가시되게 되는 것이 중요하다.
(a) 근지점 인수의 설정방법
여기서는 후기하는 (b)에 설명한 방법 등에 의하여 다른 궤도요소인 궤도장반경(궤도길이반경), 이심률, 궤도경사각이 설정된 것으로 한다.
일본국토 등의 특정지역을 서비스지역으로 하는 경우에는 어떤 기준시각에 있어서의 승교점적경을 설정하면, 해당 서비스지역의 상공을 인공위성이 비상하기 위해서는 근지점인수는 어떤 범위를 가지고 부여된다.
근지점 인수의 설정에 있어서는 상기의 궤도요소와 기준시각을 입력조건으로하여 컴퓨터로 시뮬레이션하여 설정한다.
공지의 예로서, 24시간 주기의 궤도이고 궤도경사각이 40도, 이심률이 O.24인 경우에 대하여, 10년간에 걸친 궤도요소의 변동을 컴퓨터에 의하여 시뮬레이션한 결과를 표 1에 나타낸다. 이 10년간이란, 상기한 미션수명을 10년간으로 한 경우를 상정한 것이다. 이 10년간에 대해서는 전혀 궤도수정용의 제어, 구체적으로는 해당 인공위성에 탑재되어 있는 가스제트장치의 궤도상에서의 분사를 전혀 행하지 않은 경우의 시뮬레이션결과이다.
(표 1)
표 1에 나타낸 궤도요소를 채용한 경우의 궤도의 지상궤적을 도 1에 나타낸다. 지상궤적은 표 1의 초기값, 1095일후, 2190일후 및 3650일후의 각각의 궤도요소를 근거로 하루에 걸쳐 각각 궤도전파한 것이다.
초기값으로부터 3650일후까지의 궤도의 지상궤적을 바라보면 이하의 것을 알수 있다. 여기서, 1은 기준시각부터 하루에 걸친 궤도의 지상궤적, 2는 기준시각부터 1095일후부터 1096일후에 걸친 궤도의 지상궤적, 3은 기준시각부터 2190일후부터 2191일후에 걸친 궤도의 지상궤적, 4는 기준시각부터 3650일후부터 3651일후에 걸친 궤도의 지상궤적을 나타낸다.
·궤도의 지상궤적이 2190일후까지는 시간의 경과와 함께 서쪽으로 이동하고 있고, 그 후 3650일후까지는 시간의 경과에 따라 동쪽으로 이동하고 있다.
·궤도의 지상궤적이 2190일후까지는 시간의 경과와 함께 경사져 가고, 북쪽 끝단이 예각으로 되어 간다.
·시간의 경과와 함께, 궤도의 지상궤적에 있어서 남북방향의 도달위도의 범위가 좁아져 간다.
먼저 맨 처음의 서쪽으로의 이동에 대해서는 각각의 시점에 있어서의 승교점적경에 대응하도록 진근점이각을 조정하는 궤도수정을 행함으로써, 궤도의 지상궤적을 동쪽으로 리턴하여 일본상공으로 해당 지상궤적을 이동할 수 있다. 이 궤도수정은 정지위성의 궤도의 경도제어와 동일한 방법이다. 따라서, 예를 들어 이 제어는 근지점, 원지점, 맨 마지막에 근지점이라는 3개소에서, 해당 인공위성의 가스제트를 분사함으로써 실행 가능하다. 이 때, 진근점이각과 함께 궤도장반경(궤도길이반경) 및 이심률의 수정도 행할 수 있다. 이 제어에 의한 이심률의 수정에 의하여 두번째로 든 지상궤적의 북쪽의 예각화 문제를 원래대로 되돌리는 방향으로 수정할 수 있다.
세번째로 든 위도방향의 도달범위의 축소에 대해서는 궤도경사각의 감소에 기인하는 것이며, 정지위성의 궤도의 위도제어와 동일한 방법으로 수정할 수 있다.구체적으로는 해당 인공위성이 궤도상에서 적도면을 통과할 때에, 궤도면에 수직방향으로 가스제트장치에 의하여 추진약을 분사하면 된다.
이상의 2가지 제어에 대해서는 30일마다, 60일마다 등, 정기적으로 실시하면 좋고, 정기적인 제어의 실시에 의하여 궤도장반경(궤도길이반경), 이심률, 궤도경사각을 공칭값 또는 궤도요소설정시의 공칭값의 근방값으로 제어할 수 있다.
여기서 문제가 되는 것이 두번째로 든, 궤도의 지상궤적이 시간에 따라 경사져 가는 현상이다. 이는 근지점 인수의 변동에 기인하는 것으로서, 정지위성 등의 원궤도에서는 보이지 않는 현상이다.
앞서 설명한 대로 컴퓨터로 시뮬레이션한 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이 근지점 인수는 초기값인 270도부터, 약 10년후에는 357.4도까지 약 90도 변화하고 있다. 근지점 인수의 변동을 허용하지 않고, 상기의 궤도제어와 마찬가지로 근지점 인수를 제어하기 위한 가스제트장치의 분사를 행할 경우, 이 가스제트장치의 분사는 해당 인공위성이 궤도상에서 적도면을 통과하는 승교점 직전 또는 강(降)교점 통과 직후에 궤도면내 수평 방향으로 행하여짐으로써 제어가 행하여지나, 다량의 추진약을 소비하게 된다. 표 2에 4기의 인공위성을 승교점적경이 90도씩 멀어진 4개의 궤도상에 배치한 경우에, 정기적인 궤도제어를 행하였을 때에 필요하게 되는 궤도제어용의 가속도량에 대하여 시뮬레이션결과를 나타낸다. 이는 일년간에 필요한 가속도량이다.
(표 2)
(단위:m/s)
제어의 종류 위성 1 위성 2 위성 3 위성 4 비 고
직근점이각, 궤도장반경(궤도길이반경)
및 이심률의 제어		 94.11 25.25 75.76 42.12 제어빈도 = 60일
근지점 인수의 제어 74.59 146.56 1.03 105.82 제어빈도 = 60일
궤도경사각의 제어 5.88 21.10 17.98 34.24 제어빈도 = 60일
합 계 174.58 192.91 94.77 182.18
표 2에서도 알 수 있는 바와 같이, 궤도배치의 장소에도 의하나, 근지점 인수의 제어를 위하여 필요한 가속도량은 최대로 전체의 궤도제어를 위한 가속도량의 3/4 정도까지 차지함을 알 수 있다. 이에 따라 궤도제어를 위하여 분사하는 가스제트장치가 소비하는 추진약량이 필연적으로 증대되기 때문에, 최악의 경우, 인공위성에 탑재할 기기를 삭감하거나 미션수명을 짧게 하거나 해야만 하게 된다.
그래서 본 발명에서는 근지점 인수의 설정공정에 있어서 미리 근지점 인수의 변동을 어느 정도 허용하여, 그 값에 폭을 갖게 하여 설정하는 것으로 한다.
상기의 예에서 90도의 변동을 허용할 수 있는 것이라면, 예를 들어 근지점 인수의 초기값을 235도로 설정하면 미션수명 10년후에 근지점 인수는 325도 정도가 되는 것이 예상된다. 이 때 공칭값을 270도라고 하면, 근지점 인수는 제어없이 공칭값±45도의 범위내에서 유지될 수 있고 인공위성의 지상궤적과 가시성이 유지되어 질 수 있다.
근지점 인수의 제어를 하지 않는 것을 전제로 하여 궤도요소의 설정을 행함으로써 해당 인공위성에 탑재해야 할 추진약량의 대폭적인 삭감이 가능하게 된다.
또 90도의 변동이 허용될 수 없는 경우, 미션수명이 10년일 때, 예를 들어 미션개시로부터 5년후에 근지점 인수의 제어를 행하여 근지점 인수를 초기값으로 되돌리는 등의 방법도 있다. 표 1에 든 예에서는 약 5년후의 근지점 인수는 약 312도로서, 초기값인 270도부터 약 42도 변동되어 있다. 이 때, 초기값을 249도로 설정하면, 5년후에는 약 291도 정도까지 변화되어 있는 것이 예상되고, 이 때 공칭값을 270도로 하면 근지점인수는 제어없이 공칭값 ±21의 범위내에서 유지될 수 있고, 인공위성의 지상궤적과 가시성이 유지되어질수 있다. 또한 5년후에 근지점인수를 다시 초기값으로 되돌려 미션수명의 연장을 도모하는 것도 생각할 수 있다.
여기서는 비록 근지점인수가 수정되는 타이밍을 미션개시후 5년으로 하였으나 수정 타이밍을 허용되는 근지점 인수의 폭에 따라 제어빈도를 1년, 3년후 등으로 설정하면 좋다.
또, 미션수명을 10년으로 한 경우에 근지점 인수의 허용되는 폭에 따라 초기값을 설정하고, 허용되는 근지점 인수의 폭의 한계값에 도달한 시점에서 초기값으로 되돌리는 제어하는 방법도 생각할 수 있다. 예를 들어 표 1의 예에서 약 6년후의 근지점 인수가 약 321도로서 초기값으로부터 약 51도 변화되어 있기 때문에, 근지점 인수의 초기값을 255도로 하고, 공칭값 270도를 사이에 두고 근지점 인수를 ±25도의 범위에 넣기 위하여, 6년후에 근지점 인수를 초기값으로 되돌리는 제어방법도 있다. 이 때 미션수명의 나머지 4년간은 근지점인수의 초기값으로부터 4년에 대응하는 값 만큼 변화되어 가게 된다.
다음으로 더욱 구체적인 예에 대하여 설명한다.
(1)의 첫머리에서 도 35 및 도 36을 이용하여, 일본에 대하여 이동체용 방송·통신서비스를 복수의 인공위성군에 의하여 행하는 경우에 바람직한 궤도요소에대하여 설명하였다. 도 36으로부터, 각 궤도경사각마다 13도시로부터의 최대의 동시가시시간을 부여하는 이심률의 조합이 얻어진다. 구체적으로는 궤도경사각이 40도인 시간에 이심률 0.16이 최장의 최대동시가시시간길이를 부여하고 있다.
이와 같은 조합을 (40도, 0.16)로 기술한다고 하면, 그 외에 (40도, 0.18), (42도, 0.20), (42.5도, 0.21), (43도, 0.22) 및 (43.5도, 0.24)가 얻어진다. 이들의 조합에 대하여, 이번에는 근지점 인수를 변화시켰을 때에 마찬가지로 상기한 13도시로부터 앙각 70도 이상으로 동시에 인공위성이 가시되게 된다. 그 동시가시시간길이가 어떻게 변화되는 것인지를 나타낸 것이 도 39이다.
예를 들어 (42.5도, 0.21)의 조합을 보면, 근지점 인수가 약 223도 내지 270도의 범위에 있을 때, 최대동시가시시간길이가 8시간 이상이 되어 있고, 근지점 인수가 270도보다 커지면 최대동시가시시간길이는 단조감소로 바뀐다. 다른 조합에 대해서도 220도 내지 230도를 근지점 인수의 하한으로 하고 270도를 근지점 인수의 상한으로 하면, 긴 연월에 걸쳐 양호한 서비스를 제공할 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 인공위성 3기로 하루 24시간의 서비스를 제공하는 경우에는 최대동시가시시간길이가 8시간 이상이 되는 근지점 인수의 범위를 그 설정폭으로 하면 되고, 인공위성 4기로 하루 24시간의 서비스를 제공하는 경우에는 최대동시가시시간길이가 6시간 이상이 되는 근지점 인수의 범위를 그 설정폭으로 하면 되므로, 근지점 인수의 하한을 220도∼230도로 설정할 필요는 없다.
참고로서, (42.5도, 0.21)의 조합에 대하여 근지점인수가 21O도, 230도, 250도, 270도, 290도 및 310도가 되었을 경우에 최대동시가시시간을 부여하는 궤도의각각의 지상궤적을 도 40, 도 41, 도 42, 도 43, 도 44 및 도 45에 나타낸다.
여기서 주의하지 않으면 안되는 것은 인공위성의 궤도가 근지점 인수의 변화에 의하여 궤도면내에서 회전해 가므로, 어느 근지점 인수일 때, 정지궤도와 교차하는 점이 생기는 것이다. 도 46에, 각각의 이심률마다 정지궤도와 교차할 때의 근지점이 남반구상공에 있는 경우에는 도 46에 나타낸 바와 같이 승교점측이 교차하는 경우와 강교점측이 교차하는 경우의 2가지 케이스가 있고, 근지점이 북반구상공에 있는 경우에도 마찬가지로 2가지 케이스가 있다. (42.5도, 0.21)의 조합의 경우, 이심률이 0.21이기 때문에 도 46에 나타낸 바와 같이 근지점 인수가 257.9도 및 282.1도에서 정지궤도와 교차한다. 실제의 인공위성의 운용에 있어서는 정지궤도와 교차하기 직전에 궤도제어를 행하여 근지점 인수를 변화시켜 정지궤도와 교차하지 않도록 하면 된다.
참고로 인공위성 3기로 하루 24시간의 서비스를 제공하고자 하였을 경우에, 위성 3기를 사용한 (42.5도, 0.21)의 조합에 있어서 근지점 인수가 220도, 230도, 250도, 270도, 290도 및 310도를 취했을 때에 앙각 70도 이상으로 어느 하나의 인공위성이 가시되게 되는 시간율(%)의 시뮬레이션결과의 예를 도 47∼도 52에 등고선으로 나타냈다. 마찬가지로 인공위성 4기로 하루 24시간의 서비스를 제공하고자 하였을 경우에, 위성 4기를 사용한 (42.5도, 0.21)의 조합에 있어서 근지점 인수가 210도, 230도, 250도, 270도, 290도 및 310도를 취했을 때에 앙각 70도 이상으로 어느 하나의 인공위성이 가시되게 되는 시간율(%)의 시뮬레이션결과의 예를 도 53∼도 58에 등고선으로 나타냈다. 「100」으로 둘러싸인 부분이 시간율 100%가 되는 지역을 나타내고 있고, 「90」로 둘러싸인 부분이 시간율 90% 이상이 되는 지역을 나타내고 있다. 이와 같이 근지점 인수에 폭을 가지고 설정함으로써, 앞서 설명한 바와 같이 인공위성의 궤도제어의 요구를 완화시키게 하고, 또한 일본의 대부분에 대하여 높은 앙각에서의 위성통신·방송서비스를 제공하게 할 수 있다.
또한, 2001년 10월 1일 0:00:000(UTC)을 기준시각으로 하여 (42,5도, 0.21)의 조합에 대하여 궤도제어를 완전히 행하였을 경우의 3년간에 걸친 장기궤도예측시뮬레이션을 행한 결과를 도 59∼도 62에 나타낸다. 각각의 궤도요소의 초기값으로서 궤도주기 24시간, 궤도경사각 42.5도, 이심률 0.21, 근지점 인수 270도로 한 경우의 것이다. 도 59에 이심률, 도 60에 궤도경사각, 도 61에 근지점 인수, 도 62에 승교점적경에 대하여 각각 장기변동량을 나타내고 있다. 도면의 횡축은 초기값이 되는 승교점적경을 나타내고 있다. 각각의 궤도요소의 변동량은 초기값의 승교점적경에 의존하고 있음을 알 수 있다. 근지점 인수의 변동량에 대해서도 승교점적경의 초기값에 의존하고 있으므로, 실제로 복수의 인공위성을 사용하는 경우에는 승교점적경의 초기값에 따른 변동량을 고려하여 근지점 인수의 초기값을 설정해도 된다. 예를 들어 승교점적경의 초기값이 190도 부근이었을 경우, 장기에 걸쳐 거의 근지점 인수의 변동이 보이지 않는다. 따라서 1기의 인공위성의 승교점적경의 초기값을 190도로 잡음으로써 궤도제어를 간략화할 수도 있다.
(b) 복수의 인공위성의 궤도배치방법
여기서는 본 발명에 의한 궤도요소의 설정수법에 대하여 차례로 설명한다. 이 설정방법을 도 2에 플로우차트로 나타낸다.
복수의 인공위성을 이용하여 특정 지역을 집중적이면서도 연속적으로 서비스하는 경우, 각 인공위성의 바로 아래점의 지상궤적이 일치해야만 한다. 이것을 만족시키기 위해서는 각 인공위성의 궤도요소 중 궤도장반경(궤도길이반경), 이심률, 궤도경사각 및 근지점 인수가 대략 일치해야만 한다. 따라서, 이하의 공정에 있어서 궤도장반경(궤도길이반경), 이심률, 궤도경사각 및 근지점 인수는 모든 인공위성의 궤도요소로서 공통으로 설정하고, 어떤 기준시각에 있어서의 승교점적경 및 근지점인수를 각 인공위성별로 설정한다.
(i) 기준시각의 설정(부호 5)
인공위성의 궤도 6요소를 정의하기 위한 기준시각(Epoch)을 설정한다.
(ii) 인공위성수 n의 결정(부호 6)
인공위성수 n(n은 양의 정수)를 결정한다.
(iii) 근지점 인수 ω의 잠정값의 설정(부호 7)
임의의 근지점 인수 ω를 잠정값으로서 부여한다.
여기서 북반구에 있는 특정지역을 서비스대상으로 했을 경우에, 통신·방송 등의 서비스를 행함에 있어서, 해당 특정지역의 상공에 인공위성궤도의 원지점이 있는 쪽이 적합한 경우에는 근지점 인수의 공칭값을 270도로 하면 유리한 경우가 많고, 해당 인공위성이 주회하는 중심천체의 관측 등을 행함에 있어서 해당 특정지역의 상공에 인공위성궤도의 근지점이 있는 쪽이 적합한 경우에는 근지점 인수의 공칭값을 90도로 하면 유리한 경우가 많다. 남반구의 특정지역을 서비스 대상으로 하는 경우에는 이것을 반대로 전자의 경우에, 근지점인수의 공칭 값을 90도, 후자의 경우에 근지점인수의 공칭값을 270도로 설정하면 된다.
또 이미 (a)에서 설명한 바와 같이 근지점 인수의 설정값을 폭을 갖게 하여 설정할 수도 있다.
(iv) 궤도장반경(궤도길이반경) a의 잠정값의 설정(부호 8)
복수의 인공위성을 이용하여 특정 지역을 집중적이면서도 연속적으로 서비스하는 경우, 각 인공위성의 바로 아래점의 지상궤적이 일치해야만 한다. 또, 각 인공위성은 매일 동일지점의 상공을 통과해야만 한다. 즉 시간의 경과에 관계없이 그 지상궤적이 장기적으로 고정되어야만 한다. 이 요구를 만족시키기 위해서는 해당 인공위성은 해당 인공위성이 주회하는 중심천체가 1회 자전하는 동안에 그 중심천체의 주위를 정수회 주회하는 것이어야 한다. 지구가 중심천체인 경우, 주회수(m)의 범위는 1≤m≤16(m은 정수)이며, 본 발명은 표 3에 나타낸 궤도주기를 갖는 궤도를 주회하는 인공위성을 복수기 이용하는 시스템에 대하여 적용할 수 있다.
주회수(m)에 의하여 중심천체가 지구인 경우, 인공위성의 궤도주기(p)(단위:시간)은 이하의 식에 의하여 계산된다.
p = 23.93/m
궤도주기(p)에 의하여 인공위성의 궤도장반경(궤도길이반경)(a)(단위:km)가 표 3에 나타낸 바와 같이 결정된다. 이하의 궤도요소의 설정에 있어서는 표 3에 든 궤도장반경(궤도길이반경) 중에서 후보를 선정한다. 단 선정에 있어서는, 중심천체가 지구인 경우, 적어도
p ×n ≥23.93
가 아니면 특정지역으로의 24(시간/일)에 걸친 연속적인 서비스를 제공할 수 없다.
(표 3)
No. 인공위성의
주회수/일		 궤도주기
(시)		 궤도장반경(궤도길이반경)
(km)
1 1 23.93 42,164
2 2 11.97 26,562
3 3 7.98 20,270
4 4 5.98 16,733
5 5 4.79 14,420
6 6 3.99 12,770
7 7 3.42 11,522
8 8 2.99 10,541
9 9 2.66 9,745
10 10 2.39 9,084
11 11 2.18 8,525
12 12 1.99 8,044
13 13 1.84 7,626
14 14 1.71 7,259
15 15 1.60 6,932
16 16 1.50 6,640
(v) 이심률 e의 잠정값의 설정(부호 9)
임의의 이심률(e)을 잠정값으로서 부여한다.
예를 들어 해당 특정지역에 있어서, 인공위성 1기에 대하여 요구되는 서비스의 계속시간을 Ts(단위:초)로 한다. 해당 인공위성이 주회하는 궤도의 근지점으로부터, 궤도상에서 서비스를 시작하는 점까지 인공위성이 주회하는 데 필요한 시간길이를 Ti로 하고, 서비스를 시작하는 점에서의 이심근점이각을 Ei(단위:라디안), 진근점이각을 θi(단위:라디안)로 하면,
Ti= (Ei-e×sinEi)×p/(2×π)
cosEi= (e+ cosθi)/(1+e×cosθi)
로 되므로, 가령 궤도상에서 서비스를 정지하는 점이 궤도상에서 서비스를 시작하는 점과 궤도상의 긴 축을 사이에 두고 대칭인 점에 있다고 가정하면,
Ts≤p-Ti×2
∴(p-Ti×2)-Ts≥0
이면 된다. 실제로는 해당 인공위성이 주회하는 천체의 자전 등을 고려할 필요가 있으므로, 궤도상에서 서비스를 개시할 때의 이심근점이각(Ei)과 이심률(e)의 조합을 고려하여, 상기의 수식을 만족시키는 이심률을 초기값으로서 부여하면 된다. 이 조합을 생각할 경우, 이심근점이각의 최소값으로서 π/2를 생각하고, 최대값을 π로서 생각하면 좋다.
(vi) 궤도경사각 i의 잠정값의 설정(부호 10)
임의의 궤도경사각(i)을 잠정값으로서 부여한다.
이 때, 먼저 서비스대상의 특정지역의 위도의 최대값과 최소값을 구해 두고, 그 평균치를 궤도경사각의 초기값으로서 부여하면 좋다.
(vii) 진근점이각의 잠정값의 설정
위성번호 1인 위성이 근지점에 있을 때, 위성번호 k(1 ≤k ≤n, k는 정수)의 진근점이각(θk)(단위:라디안)을 다음의 식에 의해 부여한다. 이심근점이각과 진근점이각은 1대 1로 대응하므로, 먼저 이심근점이각을 도출한 후 진근점이각을 계산한다.
-23.93 ×(k-1)/n×3600 = (Ek-e×sinEk)×P/(2×π)
cosθi= (e-cosEi)/(e×cosEi-1)
상기의 승교점적경(Ωk)와 진근점이각(θk)의 조합에 의하여, 복수의 인공위성의 지상궤적이 일치하여 위성번호 1부터 위성번호 n의 위성 n기가 차례로 동일한 지상궤적을 그린다. 즉 특정지역의 상공을 위성번호 1부터 위성번호 n의 위성 n기가 반복하여 비상한다.
(viii) 위성번호 1인 인공위성의 궤도의 승교점적경 Ω1과 진근점이각 θ1의 잠정값의 설정(부호 11)
특정지역에 서비스를 행하기 위해서는 각 인공위성이 특정지역의 상공을 비상해야만 한다. 따라서, 먼저 특정지역의 상공을 비상할 수 있도록 기준시각에 있어서의 위성번호 1의 인공위성의 궤도의 승교점적경(Ω1)과 진근점이각(θ1)을 설정한다. 이 때, 진근점이각 θ1= O(도)으로 하여 계산기에 의한 시뮬레이션을 행함으로써 간편하게 승교점적경(Ω1)을 설정할 수 있다.
(ix) 위성번호 k인 인공위성의 궤도의 승교점적경 Ωk와 진근점이각 θk의 잠정값의 설정(부호 12)
위성번호 1인 인공위성의 궤도에 대하여 설정한 승교점적경(Ω1) 및 진근점이각(θ1)에 의하여 기준시각에 있어서의 위성번호 k인 인공위성의 궤도의 승교점적경(Ωk) 및 진근점이각(θk)을 k = 2부터 차례로 k = n까지 구한다. 구체적으로는 위성번호 1인 인공위성의 궤도의 승교점적경(Ω1)(단위:도)를 기준으로 하면, 위성번호 k(1 ≤k ≤n)인 인공위성의 궤도의 승교점적경(Ωk)(단위:도)을 다음의 식에 의해 부여한다.
Ωk= Ω1+ (k-1)/n×360
이것은 복수의 인공위성의 궤도면을 등간격의 각도로 떨어뜨려 배치하기 위한 것이다.
(x) 평가(부호 14)
특정지역에 있어서의 서비스의 내용에 관한 요구, 예를 들어;
·1기의 인공위성으로 해당 특정지역에 대하여 계속해서 서비스할 수 있는 시간길이,
·1기의 인공위성을 해당 특정지역에서 보았을 때에 높은 앙각의 공역(空域)에 보이는 시간길이,
·인공위성과 해당 특정지역 사이의 거리 및 거리의 시간변화율,
·전파 전파의 지연시간,
·전파의 도플러 시프트, 회선설계,
·해당 특정지역을 관측하였을 경우의 공간분석,
및 인공위성 궤도의 제어에 관한 요구, 예를 들어;
·각 궤도의 각 궤도요소의 장기간에 걸친 변동폭,
·각 궤도의 각 궤도요소의 제어량 및 그를 위하여 필요한 추진약량,
등의 요구를, 상기에서 부여한 궤도요소를 비상하는 인공위성군에 의하여 만족시킬 수 있는지 여부를 평가한다. 평가에 있어서는 상기에서 설정한 궤도요소를 입력값으로 하여 계산기로 시뮬레이션을 행하면 간편하게 평가를 행할 수 있다. 또한, 여기서의 평가에 필요한 항목 및 요구사항에 대해서는 통상 궤도배치의 검토를 시작하기 전에 설정된다.
(xi) 궤도요소설정작업의 반복
상기에 있어서의 평가에 있어서 요구가 만족되지 않았을 경우, (iii)부터 (x)까지의 작업을 반복한다. 필요한 경우에는 (i)부터 (x)까지의 작업을 반복한다. 잠정값을 변경할 필요가 없는 경우에는 해당 항목을 재검토할 필요는 없다. 또한, 필요에 따라 상기한 공정의 순서를 임의로 변경해도 된다.
상기한 방법으로 궤도요소를 설정했을 경우, 해당 인공위성군에 의한 서비스를 행하는 대상의 특정지역의 상공에는 위성번호 1인 인공위성부터 위성번호 n까지의 인공위성이 차례로 나타난다. 또한 (ix)에서 설정한 승교점적경의 도입법을,
Ωk= Ω1-(k-1)/n×360(1 ≤k ≤n, k는 정수)
로 하고, (vii)에서 설정한 이심근점이각의 도입법을,
23.93×(k-1)/n×3600 = (Ek-e×sinEk)×P/(2×π)
로 하더라도 동일한 결과가 얻어진다. 이 경우, 해당 인공위성군에 의한 서비스를 행하는 대상의 특정지역의 상공에는 위성번호 n인 인공위성부터 위성번호 1까지의 인공위성이 차례로 나타난다.
(xii) 상기의 평가에 있어서 요구가 만족되었을 경우, 기준시각에 있어서의 각 인공위성의 최종궤도요소가 얻어진다.
(2) 상기의 알고리즘에 의한 궤도요소의 설정값과 궤도배치의 예
상기의 알고리즘에 의하여 설정한 궤도요소의 설정값과 궤도배치의 예를 이하에 나타낸다.
여기서 인공위성의 궤도는 후기하는 바와 같이 지구중력장, 달·태양의 인력 등의 영향으로 항상 변동하는 것이며, 어느 정도의 허용범위를 가지고 궤도제어되는 것이 일반적이다. 따라서, 각 궤도요소의 값은 궤도제어후의 목표공칭값을 나타내는 것으로 한다.
또한, 이하의 표에 있어서 Ω1및 θ1은 기준시각에 따라 설정되는, 위성번호 1인 인공위성의 승교점적경 및 진근점이각이다.
표 4 및 표 5는 24시간 주기의 궤도를 주회하는 3기의 인공위성에 의한 위성통신·방송네트워크를 위한 궤도요소와 궤도배치예이다. 이심률과 궤도경사각에 대해서는 도 26 및 도 27에 나타낸 범위내의 조합이면 된다. 또, 근지점 인수는 180도 이하이더라도 좋다.
본 궤도배치예는 일본 전국토를 서비스대상으로 한 것이다.
(표 4)
항 목 수 치
위성번호 1 2 3
궤도주기(시) 24
궤도장반경(궤도길이반경)(km) 약 42,164
이심률 0.24 미만
궤도경사각(도) 37도 이상 44도 이하
근지점인수(도) 180도 이상 360도 이하
승교점적경(도) Ω1 Ω1 + 120 Ω1 + 240
진근점이각(도) θ1 θ1보다 궤도주기의 1/3만큼 늦은 각 θ1보다 궤도주기의 1/3만큼 빠른 각
(표 5)
항 목 수 치
위성번호 1 2 3
궤도주기(시) 24
궤도장반경(궤도길이반경)(km) 약 42,164
이심률 0.24 이상 0.35 이하
궤도경사각(도) 40도보다 크고 44도 이하
근지점인수(도) 180도 이상 360도 이하
승교점적경(도) Ω1 Ω1 + 120 Ω1 + 240
진근점이각(도) θ1 θ1보다 궤도주기의 1/3만큼 늦은 각 θ1보다 궤도주기의 1/3만큼 빠른 각
본 궤도요소를 이용한 인공위성은 모두 네무로에서 나하에 이르는 일본의 어느 도시로부터도 동시에 최장 8시간 최단 6시간 정도에 걸쳐 앙각 70도 이상의 방향에 가시되게 된다. 최장 8시간은 궤도경사각이 약 42.5도, 또한 이심률이 약 0.21일 때에 얻어진다. 따라서, 본 궤도요소를 이용한 인공위성군에 의하여, 하루 24시간에 걸쳐 네무로에서 나하에 이르는 일본의 어느 도시로부터도 높은 앙각 적어도 1기 이상의 인공위성이 가시되게 되는 궤도배치를 실현할 수 있다.
본 궤도배치예에서는 궤도면은 도 6에 나타낸 바와 같이 3면 있고, 각 궤도상에 인공위성(60), 인공위성(61) 및 인공위성(62)이 1기씩 배치되어 있다. 인공위성(60), 인공위성(61) 및 인공위성(62)은 각각 궤도(63), 궤도(64) 및 궤도(65)상을 약 24시간으로 1주회한다. 인공위성(60), 인공위성(61) 및 인공위성(62)의궤도주기는 약 24시간이며, 또한 근지점 인수가 180도 이상 360도 이하의 범위에 있고, 또한 이심률은 0.24 미만의 범위에 의하여, 또한 궤도경사각이 37도 이상 44도 이하의 범위내에 있거나, 또는, 또한 이심률이 0.24 이상 0.35 이하의 범위내에 있으며, 또한 궤도경사각이 40도보다 크고 44도 이하의 범위내라고 하고 있다. 3기의 인공위성의 궤도의 승교점적경은 도 6에 나타낸 바와 같이 120도씩 떨어져 있어, 일본국 상공의 적절한 위치에 각각의 궤도의 원지점이 나타나도록 설정되어 있다. 각각의 인공위성의 각각의 궤도에 있어서의 위치관계로서, 인공위성(60)이 그 궤도(63)상에서 근지점에 있을 때, 인공위성(61)은 그 궤도(64)상에서 궤도주기의 3분의 1만큼 늦은 진근점이각을 취하는 위치에 있고, 인공위성(62)은 그 궤도(65)상에서 궤도주기의 3분의 1만큼 빠른 진근점이각을 취하는 위치에 있도록 배치되어 있다. 이 궤도배치는 개요를 도 2에서 나타낸 알고리즘 및 근지점 인수의 설정방법의 알고리즘에 의하여 얻어진 것으로서, 도 3, 도 4 및 도 5에서 표시된 제어방법에 의하여 실현된다. 제어방법에 대해서는 후기한다.
이 궤도배치에 의하여, 홋카이도부터 오키나와에 이르는 일본에 있어서, 앙각 70도 이상의 방향에 인공위성(60), 인공위성(61) 및 인공위성(62) 중의 어느 하나가 항상 보이는 배치가 된다. 인공위성(60), 인공위성(61) 및 인공위성(62)은 각각 약 24시간의 주기를 가지고 있기 때문에, 앙각 70도 이상의 방향에 보이게 되는 것도, 보이지 않게 되는 것도 주기적이고 규칙적이다. 이 경우, 일본에 있어서 인공위성(60), 인공위성(61) 및 인공위성(62)은 앙각 70도 이상의 방향에 하루 1회의 주기로 번갈아 나타나고, 각각이 앙각 70도 이상의 방향에 최장 8시간 최단 6시간 체재하여 보인다. 이것이 약 24시간 주기로 매일 반복된다.
따라서 이 궤도배치를 이용한 시스템의 예를 나타낸 도 8∼도 34에 있어서 인공위성(90)으로 대표하는 바의 인공위성을 위성통신용 또는 위성방송용으로 이용함으로써, 차폐물이나 장해물에 의한 통신두절이 적은 위성통신시스템 또는 위성방송시스템을 구축하는 것이 가능하게 된다.
표 6 및 표 7은 24시간 주기의 궤도를 주회하는, 4기의 인공위성에 의한 위성통신·방송네트워크를 위한 궤도요소와 궤도배치예이다. 이심률과 궤도경사각에 대해서는 도 35 및 도 36에 나타낸 범위내의 조합이면 된다. 또, 근지점 인수는 180도 이하이더라도 좋다.
(표 6)
항 목 수 치
위성번호 1 2 3 4
궤도주기(시) 24
궤도장반경(궤도길이반경)(km) 약 42,164
이심률 0.24 미만
궤도경사각(도) 37도 이상 44도 이하
근지점인수(도) 180도 이상 360 이하
승교점적경(도) Ω1 Ω1 + 90 Ω1 + 180 Ω1 + 270
진근점이각(도) θ1 θ1보다 궤도주기의 1/4만큼 늦은 각 θ1 + 180 θ1보다 궤도주기의 1/4만큼 빠른 각
(표 7)
항 목 수 치
위성번호 1 2 3 4
궤도주기(시) 24
궤도장반경(궤도길이반경)(km) 약 42,164
이심률 0.24 이상 0.35 이하
궤도경사각(도) 40도보다 크고 44도 이하
근지점인수(도) 180도 이상 360도 이하
승교점적경(도) Ω1 Ω1 + 90 Ω1 + 180 Ω1 + 270
진근점이각(도) θ1 θ1보다 궤도주기의 1/4만큼 늦은 각 θ1 + 180 θ1보다 궤도주기의 1/4만큼 빠른 각
본 궤도요소를 이용한 인공위성은 모두 네무로에서 나하에 이르는 일본의 어느 도시로부터도 동시에 최장 8시간 최단 6시간 정도에 걸쳐 앙각 70도 이상의 방향에 가시되게 된다. 최장 8시간은 궤도경사각이 42.5도, 또한 이심률이 0.21일 때에 얻어진다. 따라서 본 궤도요소를 이용한 인공위성군에 의하여 하루 24시간에 걸쳐 네무로에서 나하에 이르는 일본의 어느 도시로부터도 높은 앙각 적어도 1기 이상의 인공위성이 가시되게 되는 궤도배치를 실현할 수 있다.
본 궤도배치예에서는 궤도면은 도 7에 나타낸 바와 같이 4면 있고, 각 궤도면에 인공위성(70a), 인공위성(70b), 인공위성(70c) 및 인공위성(70d)이 1기씩 배치되어 있다. 인공위성(70a)은 궤도(71a)상을, 인공위성(70b)은 궤도(71b)상을, 인공위성(70c)은 궤도(71c)상을, 인공위성(70d)은 궤도(71d)상을 각각 약 24시간에 1주회한다. 인공위성(70a), 인공위성(70b), 인공위성(70c) 및 인공위성(70d)의 궤도주기는 약 24시간이며, 또한 근지점 인수가 180도 이상 360도 이하의 범위에 있고, 또한 이심률은 0.24 미만의 범위내에 있으며, 또한 궤도경사각이 37도 이상 44도 이하의 범위내에 있거나, 또는, 또한 이심률이 0.24 이상 0.35 이하의 범위내에 있고, 또한 궤도경사각이 40도보다 크고 44도 이하의 범위내로 하고 있다. 4기의 인공위성의 궤도의 승교점적경은 도 7에 나타낸 바와 같이 각각 90도씩 떨어져 있고, 일본국 상공의 적절한 위치에 각각의 궤도의 원지점이 나타나도록 설정되어 있다. 각각의 인공위성의 각각의 궤도에 있어서의 위치관계로서는 인공위성(70a)이 그 궤도(71a)상에서 근지점에 있을 때, 위성(70b)은 그 궤도(71b)상에서 궤도주기의 4분의 1만큼 늦은 진근점이각을 취하는 위치에 있고, 인공위성(70c)은 그 궤도(71c)상에서 원지점에 있으며, 인공위성(70d)은 그 궤도(71d)상에서 궤도주기의 4분의 1만큼 빠른 진근점이각을 취하는 위치에 있도록 배치하고 있다.
이 궤도배치에 의하여 홋카이도에서 오키나와에 이르는 일본에 있어서 앙각 70도 이상의 방향에 인공위성(70a), 인공위성(70b), 인공위성(70c) 또는 인공위성(70d) 중의 어느 하나가 항상 보이는 배치가 된다. 인공위성(70a), 인공위성(70b), 인공위성(70c) 및 인공위성(70d)은 24시간의 주기를 가지고 있기 때문에, 앙각 70도 이상의 천정방향에 보이게 되는 것도, 보이지 않게 되는 것도 주기적이고 규칙적이다. 이 궤도배치는 개요를 도 2에서 나타낸 알고리즘 및 근지점 인수의 설정방법의 알고리즘에 의하여 얻어진 것으로서, 도 3, 도 4 및 도 5에서 나타낸 제어방법에 의하여 실현된다.
이 경우에서는 홋카이도, 혼슈, 시코쿠 및 큐슈의 네 섬 및 오키나와에 있어서 인공위성(70a), 인공위성(70b), 인공위성(70c) 및 인공위성(70d)은 앙각 70도 이상의 천정방향에 하루에 1회씩 번갈아 나타나, 최대 약 8시간 최단 6시간씩 체재하여 보인다. 이에 따라 하루 24시간에 걸쳐 어느 하나의 인공위성이 앙각 70도 이상의 천정방향에 가시되게 되어 있다. 또 복수의 인공위성이 동시에 앙각 70도 이상의 천정방향에 보이는 시간대도 존재한다. 이것이 약 24시간 주기로 매일 반복된다.
따라서, 이 궤도배치를 이용한 시스템의 예를 나타낸 도 8∼도 34에 있어서 인공위성(90)으로 대표하는 바의 인공위성을 위성통신용 또는 위성방송용으로 이용함으로써, 차폐물이나 장해물에 의한 통신두절이 적은 위성통신시스템 또는 위성방송시스템을 구축하는 것이 가능하게 된다.
(3) 설정한 궤도요소와 궤도배치를 실현하여 제어하기 위한 방책
이와 같이 설정된 궤도요소를 가지는 인공위성의 궤도는 이하와 같이 제어되어 실현된다.
도 3에 나타낸 바와 같이 인공위성(20)의 발사시에는 앞서 설정한 기준시각의 궤도 6요소(17)의 정보를 발사기추적관제설비(21)에 입력하고, 여기로부터 발사기에 대하여 목표투입궤도요소(22)의 정보가 전송된다. 발사기(23)는 이 정보를 근거로 자동적으로, 또는 발사기추적관제설비(21)로부터의 제어에 의하여 목표 궤도에 투입된다.
인공위성(20)이 궤도에 투입된 후에는 정기적으로 기준시각의 궤도 6요소(17)의 정보가 인공위성추적관제설비(18)에 입력되고, 제어코맨드(19)의 정보가 인공위성(20)에 전송되어, 인공위성(20)에 탑재된 제어계에 의하여 목표 궤도시각의 궤도 6요소(17)에 제어된다.
이 궤도제어방법은 일반적으로 행하여지고 있는 방법에 준거한 것이며, 상세는 이하와 같다.
상기한 알고리즘에 의하여 얻어진 기준시각의 궤도 6요소(17)(궤도장반경(궤도길이반경) 11, 근지점 인수 12, 이심률 13, 궤도경사각 14, 승교점적경 15 및 진근점이각 16)는 도 3에 나타낸 바와 같이 투입목표궤도요소로서 발사기추적관제설비(21)에 입력된다. 이 정보는 발사기추적관제설비(21)로부터 발사기(23)로 전송되어 목표 궤도요소로 인공위성(20)을 투입한다. 발사 단계에서 목표궤도로부터 인공위성(20)을 탑재한 발사기(23)가 벗어날 것같이 되었을 경우, 발사기(23)가 자동적으로 궤도를 수정해도 되고, 발사기추적관제설비(21)로부터 궤도수정의 코맨드를 발사기(23)에 전송하여 유도해도 된다.
이와 같이 하여 발사기(23)에 의하여 목표투입궤도요소(22)에 도달한 후에도 지구의 중력장, 태양 및 달의 중력, 태양풍 등의 영향에 의하여 궤도요소는 영향(攝動)을 받아, 시간경과에 따라 짧은 주기 및 긴 주기로 항상 궤도요소가 변화된다. 이 경우, 인공위성(20)은 궤도제어를 필요로 한다.
도 4에 나타낸 바와 같이 일반적으로 인공위성(20)이 현재 비상중인 궤도의 궤도 6요소(31)는 인공위성(20)이 발신하는 텔레메트리(원격측정), 레인징신호(방향신호)(27)를 인공위성추적관제설비(18)의 송수신시스템(24)이 수신하여 레인징신호(28)를 추출한 후, 측거시스템(25)에 전송하여, 여기서 계측된 거리 및 거리변화율(29)을 최종적인 입력으로 하여 계산기시스템(26) 내의 궤도결정프로그램(30)이 계산하여 결정된다. 이에 따라 얻어진 궤도 6요소(31)와, 목표로 하는 기준시각의 궤도 6요소(17)를 비교함으로써, 계산기시스템(26) 내의 궤도제어프로그램(32)이, 필요한 자세제어량 및 궤도제어량(33)을 계산한다. 이에 따라 인공위성에 탑재된 가스제트장치의 어느 스러스터를 몇시에, 어느 정도 길이의 시간만큼 분사하면 되는지가 결정된다. 이것을 계산기시스템(26) 내의 코맨드생성프로그램(34)에 의하여 제어코맨드(35)로 변환하고, 인공위성추적관제설비(18)의 송수신시스템(24)을 경유하여 인공위성(20)으로 전송한다.
인공위성(20)에 전송된 제어코맨드는 도 5에 나타낸 바와 같이 인공위성(20)에 탑재된 통신계(37)가 수신한 후, 데이터처리계(38)에 있어서 전송된 코맨드가해독된다. 해독된 코맨드로부터 자세제어량 및 궤도제어량(41)의 정보가 인공위성에 탑재된 자세궤도제어계(39)에 있어서 적절하게 처리되고, 필요에 따라 자세제어액츄에이터구동(42)하여 자세를 변경하거나, 또한 인공위성탑재추진계의 가스제트장치(40)를 코맨드대로 분사시키거나 함으로써, 최종적으로 인공위성(20)은 상기의 기준시각의 궤도 6요소(17)로 나타나는 궤도에 투입, 제어된다. 또, 인공위성(20)이 GPS 위성용 수신기를 탑재하고 있는 경우에는 인공위성(20) 자신이 그 시각에 있어서 바람직한 기준시각의 궤도 6요소(17)를 미리 기억해 두고, 이것을 이용하여 자율적으로 궤도제어를 하는 구성으로 해도 된다.
이와 같이 하여 상기한 알고리즘에 의하여 결정된 궤도요소(17)는 제어되고 실현된다.
또한 복수의 인공위성이 궤도상에 배치된 경우에는 각 인공위성의 궤도가 상호의 궤도배치의 바람직한 조화관계를 유지하도록, 각 인공위성에 대하여 개별적으로 적절한 궤도제어를 행하는 것이 필요하다.
다음으로 상기한 본 발명의 알고리즘에 의하여 얻어진 궤도상을 주회하는 인공위성군을 적용한 시스템에 대하여 설명한다.
(4) 본 발명에 의한 궤도상을 주회하는 인공위성을 적용한 시스템
(4-1) 시스템예 1
시스템예 1은 위성방송시스템이다.
본 발명의 위성방송시스템의 일 실시예를 도 8에 나타낸다.
도 8에 나타낸 바와 같이 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계,통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성방송을 송신하는 기지국(91)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성방송을 수신하는 위성방송단말(92)로 구성되어 있다.
상기 기지국(91)은 도 9에 나타낸 바와 같이 안테나(91a), 안테나 자동추적(追尾)장치(91b), 대전력증폭기(91c), 주파수변환기(91d), 변조기(91e), 에러정정부호화장치(91f), 암호화장치(91g), 멀티플렉서(91h), 부호화장치(91i)로 구성되어 있다.
화상정보(91k)와 음성신호(91l)는 부호화장치(91I)에서 고능률로 부호화되고, 다른 화상정보나 음성정보, 또한 데이터(91j)가 멀티플렉서(91h)에서 다중화된다. 또한, 암호화장치(91g)에서 암호화되고, 에러정정부호화장치(91f)에서 오류정정부호가 부가되고, 또한 변조기(91e)에서 무선통신에 적합한 변조가 되고, 주파수변환기(91d)에서 반송파로 변환되어 대전력증폭기(91c)에서 증폭되어 안테나자동추적장치(91b)에서 인공위성군(90)을 자동추적하는 안테나(91a)에서 송신된다.
또, 상기 위성방송단말(92)은 도 10에 나타낸 바와 같이 안테나(92a), 저잡음증폭기(92b), 주파수변환기(92c), 복조기(92d), 에러정정장치(92e), 암호해독장치(92f), 디멀티플렉서(92g), 복호화장치(92h), 프레임메모리(92i)로 구성되어 있다.
인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(92a)에서 받아 저잡음증폭기(92b)에서 증폭하고, 주파수변환기(92c)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(92d)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 에러정정장치(92e)에서 에러가 있으면 정정되고 평문화장치(92f)에서 암호화된 정보가 평문화되어디멀티플렉서(92g)에서 희망하는 프로그램을 선택한다. 또한, 복호화장치(92h)에서 화상정보(92k)와 음성정보(92l)로 복귀된다. 또한, 복호화장치(92h)에는 프레임메모리(92i)가 있어 데이터의 결핍을 보완할 수 있다.
본 발명에 의하면, 위성방송단말(92)은 수신수단으로서 지향성이 있는 안테나를 사용하는 경우이더라도 단순히 천장방향으로 그 안테나를 향하게 하는 것만으로 좋고, 인공위성군이 존재하는 방향(동서남북방향)을 이용자가 찾을 필요가 전혀 없다는 특징이 있다.
또한, 정지위성으로부터 방송하는 경우의 이동체용 위성방송단말의 안테나는 방위방향은 대칭이고 45도 방향으로 감도를 가질 필요가 있으나, 본 발명에 의한 경우의 안테나는 천장방향으로만 지향성을 갖게 하면 충분하기 때문에 제작이 용이하면서도 안테나의 이득을 2배 이상으로 하는 것이 가능하게 된다는 특징이 있다. 이 특징을 이용하여, 위성으로부터의 전파의 출력을 1/2로 해도 되고, 또 동일한 출력이라면 2배의 정보(프로그램)을 전달할 수 있다.
또한, 인공위성군(90)이 항상 높은 앙각에 위치할 수 있기 때문에, 빌딩가 등에서 천장방향밖에 비어 있지 않은 장소 등의 이동체의 주위상황에 의하지 않고 인공위성군(90)으로부터의 전파를 직접 수신할 수 있으므로, 빌딩 등으로부터의 반사파가 없는 양질의 수신환경을 제공할 수 있기 때문에, 동일한 주파수대역에서도 정지위성으로부터 방송하는 경우보다 많은 정보(방송)를 전달할 수 있다는 특징이 있다. 또한, 상기한 효과는 이하에 설명하는 시스템예에 대해서도 동일한 것을 말할 수 있다.
또한, 과금시스템을 추가하여, 한정된 고객에게 방송하고 과금하는 예를 도 9, 도 10에 의해 설명한다.
기지국(91)의 과금시스템(91m)은 도 9에 나타낸 바와 같고, 한정수신장치(91n), 고객관리장치(91o), 과금관리시스템(91p), 한정수신모듈발행장치(91q)로 구성되어 있다.
위성방송단말(92)은 도 10에 나타낸 바와 같고, 한정수신모듈(92m)이 있다.
고객정보(시청·청취요금의 입금상황, 시청·청취희망프로그램정보, 주소, 성명 등)은 고객관리장치(91o)에서 관리되고 있고, 그 고객정보에 따라 과금관리시스템(91p)은 한정수신장치(91n)를 경유하여 암호화장치(91g)를 제어함으로써, 고객마다의 암호를 제어한다. 또, 과금관리시스템(91p)은 고객관리장치(91o)에 있는 고객정보에 따라 한정수신모듈발행장치(91q)에서 한정수신모듈(예로서 IC 카드)을 발행한다. 또, 여기에는 기재되어 있지 않으나, 금융기관으로부터의 고객의 입금정보는 과금관리시스템(91p)에 입력되어 고객관리장치(91o)에서 고객정보가 갱신된다.
유저는 위성방송단말(92)의 평분화장치(92f)에 요금지불의 대가로서 입수한 상기의 한정수신모듈(92m)을 삽입함으로써, 희망한 프로그램을 시청·청취할 수 있다.
이상에 의하여, 기지국(91)에 방송하는 프로그램을 암호화하는 수단과, 위성방송단말(92)에 그것을 평문화하는 수단을 이용하여, 한정한 위성방송단말에만 방송하고, 또한 과금하는 것이 가능하게 된다.
위성방송시스템의 다른 실시예를 도 11에 나타낸다.
도 11에 나타낸 바와 같이 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성방송을 송신하는 기지국(91)과, 지상방송국(93) 및 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성방송을 수신하는 수단과 지상방송을 수신하는 수단을 가진 위성방송단말(94)로 구성되어 있다.
또한, 도 12에 나타낸 바와 같이 상기 지상방송국(93)은 안테나(93a), 대전력증폭기(93b), 주파수변환기(93c), 변조기(93d), 에러정정부호화장치(93e), 암호화장치(93f), 멀티플렉서(93g), 부호화장치(93h)로 구성되어 있다.
화상정보(93j)와 음성신호(93k)는 부호화장치(93h)에서 고능률로 부호화되고, 다른 화상정보나 음성정보, 또한 데이터(93i)가 멀티플렉서(93g)에서 다중화된다. 또한, 암호화장치(93f)에서 암호화되고 에러정정부호화장치(93e)에서 에러정정부호가 부가되며, 또한 변조기(93d)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(93c)에서 반송파로 변환되고 대전력증폭기(93b)에서 증폭되어 안테나(93a)에서 송신된다.
또, 상기 위성방송단말(94)은 도 13에 나타낸 바와 같이 지상방송을 수신하는 안테나(94a1) 및 저잡음증폭기(94a2), 인공위성군(90)으로부터의 전파를 수신하는 안테나(94b1) 및 저잡음증폭기(94b2), 지상파 및 위성으로부터의 방송의 주파수변환기(94c), 복조기(94d), 에러정정장치(94e), 평문화장치(94f), 디멀티플렉서(94g), 복호화장치(94h), 프레임메모리(94i)로 구성되어 있다.
지상방송국(93)으로부터 송신된 전파는 안테나(94a1)에서 받아 저잡음증폭기(94b1)에서 증폭하고, 또 인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(94a2)에서 받아 저잡음증폭기(94b2)에서 증폭하여, 각각 주파수변환기(94c)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(94d)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 에러정정장치(94e)에서 에러가 있으면 정정되고 평문화장치(94f)에서 암호화된 정보가 평문화되어 디멀티플렉서(94g)에서 희망하는 프로그램을 선택한다. 또한, 복호화장치(94h)에서 화상정보(94k)와 음성정보(94l)로 복귀된다. 또한, 복호화장치(94h)에는 프레임메모리(94i)가 있어 데이터의 결락을 보완할 수 있다.
위성방송단말(94)은 위성방송뿐만 아니라 지상방송도 수신할 수 있기 때문에 유저가 희망하는 방송을 자유롭게 선택할 수 있다는 특징이 있다. 또한, 본 위성방송단말(94)이 있으면 위성방송단말과 지상방송단말을 각각 가질 필요가 없다는 특징이 있다. 또한, 안테나(94a1와 94a2)를 겸용할 수도 있다.
또한, 과금시스템을 추가하여, 한정된 고객에게 방송하고 과금하는 예를 도 12, 도 13에 의해 설명한다.
기지국(93)의 과금시스템(93m)은 도 12에 나타낸 바와 같고, 한정수신장치(93n), 고객관리장치(93o), 과금관리시스템(93p), 한정수신모듈발행장치(93q)로 구성되어 있다.
위성방송단말(94)은 도 13에 나타낸 바와 같고, 한정수신모듈(94m)이 있다.
고객정보(시청·청취요금의 입금상황, 시청·청취희망프로그램정보, 주소, 성명 등)는 고객관리장치(93o)에서 관리되고 있고, 그 고객정보에 따라 과금관리시스템(93p)은 한정수신장치(93n)를 경유하여 암호화장치(93f)를 제어함으로써 고객마다의 암호를 제어한다. 또, 과금관리시스템(93p)은 고객관리장치(93o)에 있는 고객정보에 따라 한정수신모듈발행장치(93q)에서 한정수신모듈(예로서 IC 카드)을 발행한다. 또, 여기에는 기재되어 있지 않으나, 금융기관으로부터의 고객의 입금정보는 과금관리시스템(93p)에 입력되어 고객관리장치(93o)에서 고객정보가 갱신된다.
유저는 위성방송단말(94)의 평분화장치(94f)에 요금지불의 대가로서 입수한 상기의 한정수신모듈(94m)을 삽입함으로써, 희망한 프로그램을 시청·청취할 수 있다.
이상에 의하여, 기지국(93)에 방송하는 프로그램을 암호화하는 수단과, 위성방송단말(94)에 그것을 평문화하는 수단을 이용하여, 한정한 위성방송단말에만 방송하고, 또한 과금하는 것이 가능하게 된다.
위성방송시스템의 다른 실시예를 도 14에 나타낸다.
도 14에 나타낸 바와 같이 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과, 공중회선이나 휴대전화 등의 지상통신수단(95)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성방송을 송신하는 수단과 상기 지상통신수단을 가진 기지국(96) 및 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성방송을 수신하는 수단과 상기 지상통신수단을 가진 위성방송단말(97)로 구성되어 있다.
상기 기지국(96)은 도 15에 나타낸 바와 같이 안테나(96a), 안테나자동추적장치(96b), 대전력증폭기(96c), 주파수변환기(96d), 변조기(96e), 에러정정부호화장치(96f), 암호화장치(96g), 멀티플렉서(96h), 부호화장치(96i), 데이터선택장치(96n), 데이터기억장치(96o), 지상통신망(95)으로 구성되어 있다.
지상통신망(95)을 경유한 리퀘스트정보(96m)는 데이터선택장치(96n)에 입력되어, 필요한 정보인 것의 화상정보(96k), 음성신호(96l), 데이터(96j)는 필요에 따라 데이터기억장치(96o)로부터 인용된다. 또한, 화상정보(96k)와 음성신호(96l)는 부호화장치(96i)에서 고능률로 부호화되고, 다른 화상정보나 음성정보, 또한 데이터(96j)가 멀티플렉서(96h)에서 다중화된다. 또한, 암호화장치(96g)에서 암호화되어 에러정정부호화장치(96f)에서 에러정정부호가 부가되고, 또한 변조기(96e)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(96d)에서 반송파로 변환되고 대전력증폭기(96c)에서 증폭되어, 안테나자동추적장치(96b)에서 인공위성군(90)을 자동추적하는 안테나(96a)에서 송신된다.
또, 상기 위성방송단말(97)은 도 16에 나타낸 바와 같이 안테나(97a), 저잡음증폭기(97b), 주파수변환기(97c), 복조기(97d), 에러정정장치(97e), 평문화장치(97f), 디멀티플렉서(97g), 복호화장치(97h), 프레임메모리(97i), 리퀘스트송출장치(97n), 지상통신망(95)으로 구성되어 있다.
리퀘스트(97m)는 PHS나 휴대전화 등의 리퀘스트송출장치(97n)에서 지상통신망(95)을 경유하여 도 15의 기지국(96)으로 보내어진다. 기지국(96)은 리퀘스트된 정보를 인공위성군(90)으로 송신하고, 인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(97a)에서 받아 저잡음증폭기(97b)에서 증폭하여 주파수변환기(97c)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(97d)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 에러정정장치(97e)에서 에러가 있으면 정정되고 평문화장치(97f)에서 암호화된 정보가 평문화되어 디멀티플렉서(97g)에서 희망하는 프로그램을 선택한다. 또한, 복호화장치(97h)에서 화상정보(97k)와 음성정보(97l)로 복귀된다. 또한, 복호화장치(97h)에는 프레임메모리(97i)가 있어 데이터의 결락을 보완할 수 있다.
이에 의하여, 위성방송단말(97)은 요구를 기지국(91)에 전달하여 희망하는 정보의 방송을 의뢰할 수 있다는 특징이 있다.
본 발명에 있어서의 위성방송단말(92, 94, 97)은 자동차, 열차, 선박, 항공기 등의 이동체에 탑재해도 되고, 또한 보행자나 등산자 등 사람이 휴대해도 된다. 또한, 가정 등 이동하지 않는 곳에서 수신해도 된다.
또, 본 발명에 의해 방송되는 프로그램의 내용은 특별히 한정되지 않는다.
방송하는 프로그램으로서는 TV 방송이나 음성방송뿐만 아니라 디지털정보를 들 수 있다.
예를 들어 기상정보, 낚시정보(수위, 수온 등), ITS 정보(교통량정보, 통행속도정보, 정체장소정보, 정체시간정보, 재해정보, 교통규제정보, 교통사고발생정보, 도로환경정보, 도로교통정보, 주행환경정보, 최적경로정보, 정체시의 소요시간정보, 주차장의 만공(滿空)정보, 주차장예약정보, 목적지정보(기상, 여행, 관광, 그루메, 레크리에이션정보 등), 각종 예약정보(공공교통, 호텔, 어뮤즈먼트설비 등)), 지도정보(지도정보, 갱신정보 등), 카네비게이션정보(카미비정보, 갱신정보 등), 소프트웨어(카네비게이션용, 게임용, OS 등), 음성데이터(MP3 등으로 압축된데이터를 포함함), 오락정보를 들 수 있다.
또한, 예를 들어 인터넷 등의 멀티미디어정보나 디퍼런셜 GSP 정보를 들 수 있다.
또한, 지역에 한정한 정보, 예를 들어 이동체가 이동중인 지역에 속하는 백화점, 슈퍼마켓의 타임서비스정보, 미술관·박물관의 전시정보, 영화관, 극장·연무장의 상연내용의 정보, 범죄자·배회자의 정보 등이 있다.
또한, 과금시스템을 추가하여, 한정된 고객에게 방송하고 과금하는 예를 도 15, 도 16에 의해 설명한다.
기지국(96)의 과금시스템(96p)은 도 15에 나타낸 바와 같고, 한정수신장치(96q), 고객관리장치(96r), 과금관리시스템(96s), 한정수신모듈발행장치(96t)로 구성되어 있다.
위성방송단말(97)은 도 16에 나타낸 바와 같고, 한정수신모듈(97o)이 있다.
고객정보(시청·청취요금의 입금상황, 시청·청취희망프로그램정보, 주소, 성명 등)는 고객관리장치(96r)에서 관리되고 있고, 그 고객정보에 따라 과금관리시스템(96s)는 한정수신장치(96q)를 경유하여 암호화장치(96g)를 제어함으로써 고객마다의 암호를 제어한다. 또, 과금관리시스템(96s)는 고객관리장치(96r)에 있는 고객정보에 따라 한정수신모듈발행장치(96t)에서 한정수신모듈(예로서 IC 카드)을 발행한다. 또, 여기에는 기재되어 있지 않으나, 금융기관으로부터의 고객의 입금정보는 과금관리시스템(96s)에 입력되어 고객관리장치(96r)에서 고객정보가 갱신된다.
유저는 위성방송단말(97)의 평분화장치(97f)에 요금지불의 대가로서 입수한 상기의 한정수신모듈(97o)을 삽입함으로써, 희망한 프로그램을 시청·청취할 수 있다.
이상에 의하여, 기지국(96)에 방송하는 프로그램을 암호화하는 수단과, 위성방송단말(97)에 그것을 평문화하는 수단을 이용하여, 한정한 위성방송단말에만 방송하고, 또한 과금하는 것이 가능하게 된다.
(4-2) 시스템예 2
시스템예 2는 위성통신시스템이다.
본 발명의 위성통신시스템의 일실시예를 도 17에 나타낸다.
도 17에 나타낸 바와 같이 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과; 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성통신을 행하기 위한 기지국(98)과 위성통신용 송수신장치(99)로 구성된다.
상기 기지국(98)은 도 18에 나타낸 바와 같이 안테나(98a), 안테나자동추적장치(98b), 대전력증폭기(98c), 주파수변환기(98d), 변조기(98e), 부호화장치(98f), 저잡음증폭기(98h), 주파수변환기(98i), 복조기(98j), 복호화장치(98k)로 구성되어 있다.
송신데이터(98g)는 부호화장치(98f)에서 부호화, 암호화되어 에러정정부호 등이 부가되고, 또한 변조기(98e)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(98d)에서 반송파로 변환되고 대전력증폭기(98c)에서 증폭되어 안테나자동추적장치(98b)에서 인공위성군(90)을 자동추적하는 안테나(98a)에서 송신된다. 또, 인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(98a)에서 받아 저잡음증폭기(98h)에서 증폭하고, 주파수변환기(98h)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(98j)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 복호화장치(98k)에서 에러정정, 평문화나 복호화되어 수신데이터(98l)를 얻을 수 있다.
또, 상기 위성통신용 송수신장치(99)는 도 19에 나타낸 바와 같이 안테나(99a), 대전력증폭기(99b), 주파수변환기(99c), 변조기(99d), 부호화장치(99e), 저잡음증폭기(99g), 주파수변환기(99h), 복조기(99i), 복호화장치(99j)로 구성되어 있다.
송신데이터(99f)는 부호화장치(99e)에서 부호화, 암호화되어 에러정정부호 등이 부가되고, 또한 변조기(99d)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(99c)에서 반송파로 변환되고, 대전력증폭기(99b)에서 증폭되어 안테나(99a)에서 송신된다. 또, 인공위성군(90)으로부터 송신된 전자파는 안테나(99a)에서 받아 저잡음증폭기(99g)에서 증폭하고, 주파수변환기(99h)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(99i)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 복호화장치(99j)에서 에러정정, 평문화나 복호화되어 수신데이터(99k)를 얻을 수 있다.
본 실시예에 의하면 천장 부근에 적어도 한 위치에서 인공위성이 보이기 때문에, 인공건조물, 수목, 산악 등 시야를 가리는 차폐물이 있는 지역이더라도 이 위성통신시스템을 이용함으로써 용이하게 장시간에 걸쳐 통신회선을 확보할 수 있다.
예를 들어, 기지국(98)을 공중회선의 게이트웨이통신국에 설치하고 위성통신용 송수신장치(99)를 사람이 휴대함으로써, 휴대전화로서 이용할 수 있게 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 병원에 설치하고 위성통신용 송수신장치(99)를 구급차에 설치함으로써, 구급차로부터 환자에 관한 화상데이터를 병원으로 송신하여 병원에 있는 전문의로부터 적절한 처치법을 전달할 수 있기 때문에, 구급반송중에 환자에 대하여 적절한 처치를 행할 수 있다. 이에 따라, 지금까지 구급반송중에 적절한 처치가 가능했다면 구할 수 있었던 케이스에 대하여 인명을 구할 수 있게 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 방송국에 설치하고 위성통신용 송수신장치(99)를 방송차에 설치함으로써, 마라톤중계 등의 이동중인 스포츠중계의 텔레비전프로그램 등에도 적용할 수 있고, 양질의 화상을 리얼타임으로 전송할 수 있기 때문에 다이나믹한 프로그램제공이 가능하게 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 소방청에 설치하고 위성통신용 송수신장치(99)를 소방차에 설치함으로써, 소화중인 현장의 상황을 빌딩의 골짜기나 골목길이더라도 양질의 화상을 리얼타임으로 전송할 수 있기 때문에 적확한 상황판단이 가능하게 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 경찰서에 설치하고 위성통신용 송수신장치(99)를 패트롤카에 설치함으로써, 범인이나 현장의 상황을 빌딩의 골짜기나 골목길이더라도 양질의 화상을 리얼타임으로 전송할 수 있기 때문에 효과적인 경비가 가능하게 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 전문의가 있는 병원에 설치하고 위성통신용 송수신장치(99)를 이동체에 설치하여 원격지의 전문의의 조언이나 진단을 필요로 하는 진료소로 이동하여 환자의 정보를 통신함으로써, 산악지이더라도 리얼타임으로 전송할 수 있기 때문에, 의료서비스의 지역격차를 해소할 수 있게 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 예약센터에 설치하고 위성통신용 송수신장치(99)를 열차에 설치함으로써, 열차에 승차하고 있는 승객이 갈아탈 열차를 예약할 수 있기 때문에, 고객서비스를 향상할 수 있게 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 재고관리센터에 설치하고 위성통신용 송수신장치(99)를 자동판매기에 설치함으로써, 재고를 정기적으로 또는 임의로 조사할 수 있기 때문에, 고객서비스를 향상할 수 있게 된다.
또한, 열차제어정보통신, 열차보수통신, 열차표식제어통신, 자동차연용상황통신, 선박정보운용상황통신, 데이터수집시스템(이카다, 부이 등), PC통신(전자메일, 인터넷, 온라인쇼핑 등), 주차장의 빈 자리 정보제공·예약시스템 등에 대한 적용이 가능하다
위성통신시스템의 다른 실시예를 도 20에 나타낸다.
도 20에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 인공위성군(90)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성통신을 행하기 위한 기지국(98)과, 전지구위치측정시스템을 구성하는 인공위성군(100)과, 전지구시스템을 구성하는 인공위성으로부터의 위치측정신호에 의하여 자신의 위치를 측정할 수 있는 기능을 갖는 동시에 인공위성군(90)을 개재하여 통신을 행할 수 있는 위성통신용 송수신장치(101)로 구성된다.
상기 위성통신용 송수신장치(101)는 도 21에 나타낸 바와 같이 안테나(101a), 대전력증폭기(101b), 주파수변환기(101c), 변조기(101d), 부호화장치(1O1e), 멀티플렉서(1O1f), 저잡음증폭기(1O1h), 주파수변환기(1O1i), 복조기(101j), 복호화장치(101k), GPS 수신기(101m)로 구성되어 있다.
송신데이터(101g)는 멀티플렉서(101f)에서 GPS 수신기(101m)로부터 출력되는 위치측정정보(1O1n)와 다중화되고 부호화장치(1O1e)에서 부호화, 암호화되어 에러정정부호 등이 부가되고, 또한 변조기(101d)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(101c)에서 반송파로 변환되고, 대전력증폭기(101b)에서 증폭되어 안테나(101a)에서 송신된다. 또, 인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(1O1a)에서 받아 저잡음증폭기(1O1h)에서 증폭하고, 주파수변환기(101i)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(101j)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 복호화장치(101k)에서 에러정정, 평문화나 복호화되어 수신데이터(101l)를 얻을 수 있다.
이 시스템에서는 송수신장치의 위치정보를 기지국에 통신할 수 있다.
또한, 위치측정정보를 송신하는 타이밍으로서는 디맨드방식(유저가 희망할 때에 송신한다)나 폴링방식(센터국의 송신요구를 수신하여 송수신장치가 자동적으로 송신한다)이 있다.
예를 들어, 기지국(98)을 경찰, 소방 등의 산악구난센터에 설치하고 위성통신용 송수신장치(101)를 등산자가 휴대함으로써, 만일 조난당했을 때에는 조난자의 위치를 센터에 통보할 수 있기 때문에, 신속하고 정확한 구조활동을 가능하게 할수 있다. 또한, 본 발명에서는 쌍방향 통신이 가능하기 때문에, 조난자에 대한 격려나 오보확인이 가능하다는 특징이 있다. 또한, 위성통신용 송수신기의 경량화, 저소비전력화를 위하여 송신기능만으로 해도 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 경찰, 소방 등의 해난구난센터에 설치하고 위성통신용 송수신장치(101)를 선박에 설치함으로써, 오보체크, 만일 조난당했을 때에는 조난선의 위치를 센터, 해상보안청에 통보할 수 있기 때문에, 신속하고 정확한 구조활동을 가능하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 쌍방향 통신이 가능하기 때문에, 조난자에 대한 격려나 오보확인이 가능하다는 특징이 있다. 또한, 위성통신용 송수신기의 경량화, 저소비전력화를 위하여 송신기능만으로 해도 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 경찰에 설치하고 위성통신용 송수신장치(101)를 대상자가 휴대함으로써, 배회나 미아가 되었을 때에는 대상자의 위치를 즉시 경찰에서 파악할 수 있기 때문에, 신속하고 정확한 구조활동을 가능하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 쌍방향 통신이 가능하기 때문에, 대상자에 대한 격려나 오보확인이 가능하다는 특징이 있다. 또한, 위성통신용 송수신기의 경량화, 저소비전력화를 위하여 송신기능만으로 해도 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 경찰에 설치하고 위성통신용 송수신장치(101)를 자동차에 설치함으로써, 그 자동차가 도난되었을 때에는 도난차의 위치를 즉시 경찰에서 파악할 수 있기 때문에, 신속하고 정확한 수사활동을 가능하게 할 수 있다.
예를 들어, 기지국(98)을 물류관리센터에 설치하고 위성통신용 송수신장치(1O1)를 이동체(트럭, 열차, 택시, 버스, 컨테이너)에 설치함으로써, 이동체의 위치를 즉시 센터에서 파악할 수 있기 때문에, 신속하고 정확한 물류관리, 차량배차관리를 가능하게 할 수 있다.
또한, 최적경로유도시스템, 리퀘스트형 내비게이션 시스템, 동물의 행동모니터(야생동물(행동모니터), 가축(미아방지, 운동량파악), 동물원에서 사육중인 동물(위험방지) 등)에 대한 적용도 가능하다.
위성통신시스템의 다른 실시예를 도 22에 나타낸다.
도 22에 나타낸 바와 같이 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성통신을 행하기 위한 기지국(98)과, 전기, 가스, 수도 중 적어도 하나에 대하여 그 사용량을 개별적으로 측정하는 기능을 갖는 동시에 인공위성군(90)을 개재하여 통신을 행할 수 있는 위성통신용 송수신장치(102)로 구성된다.
상기 위성통신용 송수신장치(102)는 전력사용량의 경우에는 도 23에 나타낸 바와 같이 안테나(102a), 대전력증폭기(102b), 주파수변환기(102c), 변조기(102d), 부호화장치(102e), 멀티플렉서(102f), 저잡음증폭기(102h), 주파수변환기(102i), 복조기(102j), 복호화장치(102k), 전력량계(102m)로 구성되어 있다.
송신데이터(102g)는 멀티플렉서(102f)에서 전력량계(102m)로부터 출력되는 사용량정보(102n)와 다중화되어, 부호화장치(102e)에서 부호화, 암호화되어 에러정정부호 등이 부가되고, 또한 변조기(102d)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(102c)에서 반송파로 변환되고, 대전력증폭기(102b)에서 증폭되어 안테나(102a)에서 송신된다. 또, 인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(102a)에서 받아 저잡음증폭기(102h)에서 증폭하고, 주파수변환기(102i)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(102j)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 복호화장치(102k)에서 에러정정, 평문화나 복호화되어 수신데이터(1O2l)를 얻을 수 있다.
이 시스템에서는 위성통신용 송수신장치(102)가 계측한 전력사용량을 기지국(98)에서 집계하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 의한 궤도의 위성을 이용함으로써, 고층건축물에 둘러싸인 가옥이나 산간부에서 통신수단이 없는 장소에 있어서도 위성통신용 송수신장치(102)를 설치하는 것만으로 용이하게 위성통신의 회선을 확보할 수 있기 때문에, 종래 호별방문에 의하여 사용량을 집계하고 있는 전기·가스·수도 등의 공공요금에 대해서도 위성을 개재하여 집계할 수 있게 되어, 사용량집계에 필요한 인건비를 대폭 삭감할 수 있다. 이 인건비 삭감효과에 의하여 공공요금의 인하를 더욱 기대할 수 있다.
위성통신시스템의 다른 실시예를 도 24에 나타낸다.
도 24에 나타낸 바와 같이 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성통신을 행하기 위한 기지국(98)과, 정보네트워크의 정보를 수집·중계하는 기능을 갖는 동시에 인공위성군(90)을 개재하여 통신을 행할 수 있는 위성통신용 송수신장치(103)로 구성된다.
상기 위성통신용 송수신장치(103)는 도 25에 나타낸 바와 같이 안테나(103a), 대전력증폭기(103b), 주파수변환기(103c), 변조기(103d), 부호화장치(103e), 멀티플렉서(103f), 저잡음증폭기(103h), 주파수변환기(103i), 복조기(103j), 복호화장치(103k), 디멀티플렉서(103l), 네트워크(103n)로 구성되어 있다.
송신데이터(103g)는 멀티플렉서(103f)에서 네트워크(103m)로부터 출력되는 네트워크정보(103o1)와 다중화되어 부호화장치(103e)에서 부호화, 암호화되어 에러정정부호 등이 부가되고, 또한 변조기(103d)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(103c)에서 반송파로 변환되고, 대전력증폭기(1O3b)에서 증폭되어 안테나(103a)에서 송신된다. 또, 인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(103a)에서 받아 저잡음증폭기(103h)에서 증폭하고, 주파수변환기(103i)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(103j)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 복호화장치(103k)에서 에러정정, 평문화나 복호화되어 디멀티플렉서(103l)에서 수신데이터(103m)와 네트워크(103n)에 입력되는 네트워크정보(10302)를 얻을 수 있다.
이 시스템에서는 예를 들어 사무실내나 가정내 네트워크의 정보(시큐리티, 유틸리티의 상황·이용량 및 제어 등)를 위성통신용 송수신장치(103)를 경유하여 기지국(98)과 통신하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 의한 궤도의 위성을 이용함으로써, 고층건축물에 둘러싸인 가옥 등에 설치한 안테나설비라도 용이하게 위성통신의 회선을 확보할 수 있다. 또한, 시큐리티정보의 경우, 전화선이 끊어지더라도 그것과는 독립적으로 위성을 경유하여 통신(통보)할 수 있다는 특징이 있다.
위성통신시스템의 다른 실시예를 도 26에 나타낸다.
도 26에 나타낸 바와 같이 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성통신을 행하기 위한 기지국(98)과, 환경을 모니터하는 기능을 갖는 동시에 인공위성군(90)을 개재하여 통신을 행할 수 있는 위성통신용 송수신장치(104)로 구성된다.
상기 위성통신용 송수신장치(104)는 도 27에 나타낸 바와 같이 안테나(104a), 대전력증폭기(104b), 주파수변환기(104c), 변조기(104d), 부호화장치(104e), 멀티플렉서(104f), 저잡음증폭기(104h), 주파수변환기(104i), 원상회복기(104j), 복호화장치(104k), 검출기(104m)로 구성되어 있다. 송신데이터(104g)는 멀티플렉서(104f)에서 검출기(104m)로부터 출력되는 측정정보(104n)와 다중화되어 부호화장치(104e)에서 부호화, 암호화되어 에러정정부호 등이 부가되고, 또한 변조기(104d)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(104c)에서 반송파로 변환되고, 대전력증폭기(104b)에서 증폭되어 안테나(104a)에서 송신된다. 또, 인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(104a)에서 받아 저잡음증폭기(104h)서 증폭하고, 주파수변환기(1O4i)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(104j)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 복호화장치(104k)에서 에러정정, 평문화나 복호화되어 수신데이터(104l)를 얻을 수 있다.
예를 들어 본 발명에 의한 궤도의 위성을 이용함으로써, 고층건축물에 둘러싸인 장소나 산간부에서 통신수단이 없는 장소 등에 있어서도 용이하게 통신할 수있기 때문에, 기지국(98)을 환경센터에 설치하고 환경모니터기능을 갖는 위성통신용 송수신장치(104)를 각지에 배치함으로써, 광범위한 환경데이터(기상정보, 수위(하천, 호수 등), 지진, 화산, 일산화탄소, 산화질소, 이산화유황, 다이옥신 등)를 용이하게 수집할 수 있기 때문에 신속적절한 대응이 가능해서, 해당 지역 주민의 환경을 보호할 수 있게 된다. 또한, 위성통신용 송수신장치(104)의 설치장소의 제한이 적기 때문에 환경데이터수집에 필요한 경비를 대폭 삭감할 수 있다. 또한, 환경데이터를 송신하는 타이밍으로서는 긴급통신방식(환경데이터가 사전에 설정한 임계레벨을 초과하였을 때에 송신한다)이나 폴링방식(센터국의 송신요구를 수신하여 송수신장치가 자동적으로 송신한다)이 있다.
위성통신시스템의 다른 실시예를 도 28에 나타낸다.
도 28에 나타낸 바와 같이 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성통신을 행하기 위한 기지국(98)과, 이상을 검출, 모니터하는 기능을 갖는 동시에 인공위성군(90)을 개재하여 통신을 행할 수 있는 위성통신용 송수신장치(105)로 구성된다.
상기 위성통신용 송수신장치(105)는 도 29에 나타낸 바와 같이 안테나(105a), 대전력증폭기(105b), 주파수변환기(105c), 변조기(105d), 부호화장치(105e), 멀티플렉서(105f), 저잡음증폭기(105h), 주파수변환기(105i), 복조기(105j), 복호화장치(105k), 검출기(105m)로 구성되어 있다.
송신데이터(105g)는 멀티플렉서(105f)에서 검출기(105m)로부터 출력되는 이상검출정보(105n)와 다중화되어 부호화장치(105e)에서 부호화, 암호화되어 에러정정부호 등이 부가되고, 또한 변조기(105d)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(105c)에서 반송파로 변환되고, 대전력증폭기(105b)에서 증폭되어 안테나(105a)에서 송신된다. 또, 인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(105a)에서 받아 저잡음증폭기(105h)에서 증폭하고, 주파수변환기(105i)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(105j)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 복호화장치(105k)에서 에러정정, 평문화나 복호화되어 수신데이터(105l)를 얻을 수 있다.
이 시스템에서는 이상발생시에 자동적으로 긴급신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 기지국(98)을 소방서에 설치하고 과대한 충격 또는 에어백의 작동 등의 자동차의 이상을 모니터하는 기능을 갖는 위성통신용 송수신장치(105)를 자동차에 설치함으로써, 교통사고시에 자동적으로 소방서나 보험회사에 연락하는 것이 가능하여, 탑승자의 신속한 구조활동이 가능하게 된다.
예를 들어, 기지국(98)을 해상보안청에 설치하고 침수 또는 과대한 충격 등의 이상을 모니터하는 기능을 갖는 위성통신용 송수신장치(105)를 선박에 설치함으로써, 해난사고시에 자동적으로 해상보안청에 연락하는 것이 가능하여, 승무원·승객의 안전을 보호할 수 있게 된다.
위성통신시스템의 다른 실시예를 도 30에 나타낸다.
도 30에 나타낸 바와 같이, 위성통신시스템은 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성통신을 행하기 위한기지국(98)과, VICS 등의 도로정보통지시스템(106)으로부터의 도로정보(107)를 수신하는 기능을 갖는 동시에 인공위성군(90)을 개재하여 통신을 행할 수 있는 위성통신용 송수신장치(108), 또한 기지국(98)을 경유하는 위성통신용 송수신기(108)로부터의 리퀘스트를 도로정보통지시스템(106)으로 전달하는 지상통신망(95)으로 구성된다.
상기 기지국(98)은 도 30에 나타낸 바와 같고, 위성통신용 송수신기(108)로부터 얻어진 수신데이터를 유저로부터의 리퀘스트로서 지상통신망(95)을 경유하여 도로정보통지시스템(106)으로 보낸다. 또한, 도로정보통지시스템(106)으로부터의 정보를 송신데이터로서 유저에게 송신한다.
상기 도로정보통지시스템(106)은 도 31에 나타낸 바와 같이 안테나(106a), 대전력증폭기(106b), 주파수변환기(106c), 변조기(106d), 에러정정부호화장치(106e), 암호화장치(106f), 멀티플렉서(106g), 데이터선택장치(106i), 데이터기억장치(106j), 지상통신망(95)으로 구성되어 있다.
지상통신망(95)을 경유한 리퀘스트정보(106k)는 데이터선택장치(106i)에 입력되고, 도로정보데이터(106h)는 필요에 따라 데이터기억장치(106j)로부터 인용된다. 또한, 도로정보데이터(106h)가 멀티플렉서(106g)에서 다중화되고 암호화장치 (106f)에서 암호화되며 에러정정부호화장치(106e)에서 에러정정부호가 부가되고, 또한 변조기(106d)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(106c)에서 반송파로 변환되고, 대전력증폭기(106b)에서 증폭되어 안테나(106a)에서 송신된다.
한편, 상기 위성통신용 송수신장치(108)는 도 32에 나타낸 바와 같이안테나(108a), 대전력증폭기(108b), 주파수변환기(108c), 변조기(108d), 부호화장치(108e), 저잡음증폭기(108g), 주파수변환기(108h), 복조기(108i), 복호화장치(108j), 도로정보용 안테나(108n), 도로정보수신기(108m), 카 네비게이션(108l)으로 구성되어 있다.
유저의 리퀘스트(108f)는 부호화장치(108e)에서 부호화, 암호화되어 에러정정부호 등이 부가되고, 또한 변조기(108d)에서 무선통신에 적합한 변조가 되어 주파수변환기(108c)에서 반송파로 변환되고, 대전력증폭기(108b)에서 증폭되어 안테나(108a)에서 송신된다. 또, 인공위성군(90)으로부터 송신된 전파는 안테나(1O8a)에서 받아 저잡음증폭기(108g)에서 증폭하고, 주파수변환기(1O8h)에서 중간주파수로 변환되어 복조기(108i)에서 디지털신호로 복조된다. 또한, 복호화장치(108j)에서 에러정정, 평문화나 복호화되어 수신데이터로서 도로정보(108k)를 얻을 수 있고, 카 네비게이션(108l)에 입력된다. 또한, 도로정보(107)는 도로정보용 안테나(108n)에서 받아 도로정보수신기(108m)에서 수신, 복조되어 카 네비게이션(108l)에 입력된다.
이 시스템에서는 VICS 등의 도로정보(107)를 수신할뿐만 아니라 운전자는 위성통신용 송수신장치(108)로부터 기지국(98)과 인공위성군(90)을 경유하여 희망하는 도로정보를 요구할 수 있는 것이 가능하게 되고, 도로정보통지시스템(106) 경유로도 인공위성군(90) 경유로도 입수하는 것이 가능하게 되어, 치밀한 적시의 도로정보를 입수하는 것이 가능하게 된다.
도로정보(107)로서 이하의 정보가 포함된다.
즉, ITS 정보(교통량정보, 통행속도정보, 정체장소정보, 정체시간정보, 재해정보, 교통규제정보, 교통사고발생정보, 도로환경정보, 도로교통정보, 최적경로정보, 정체시의 소요시간정보, 주차장의 만공(滿空)정보, 주차장예약정보, 목적지정보(기상, 여행, 관광, 그루메, 레크리에이션정보 등), 각종 예약정보(공공교통, 호텔, 어뮤즈먼트설비 등)), 지도정보(지도정보, 갱신정보 등), 카 네비게이션정보(카 네비게이션정보, 갱신정보 등), 소프트웨어(카 네비게이션용, 게임용, 0S 등) 등.
(4-3) 시스템예 3
시스템예 3은 위성간 통신시스템이다.
본 발명의 위성간통신시스템의 일 실시예를 도 33에 나타낸다.
도 33에 나타낸 바와 같이 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(90)과, 이 인공위성군(90)을 개재하여 위성통신을 행하기 위한 기지국(98)과, 그 인공위성군(90)을 개재하여 통신을 행할 수 있는 위성통신용 송수신장치(110)와 인공위성(109)으로 구성된다.
이 시스템에서는 위성통신용 송수신장치(110)나 기지국(98)으로부터 인공위성(109)을 직접 통신할 수는 없으나 인공위성군(90)이 인공위성군(109)을 통신할 수 있는 범위에서 인공위성군(109)의 정보를 인공위성군(90)을 경유하여 취득할 수 있기 때문에, 광범위한 인공위성군(109)으로부터의 정보를 취득할 수 있게 된다.
일례로서 인공위성(109)에 지구관측장치가 탑재되어 있으면, 그 관측데이터를 기지국(98)이나 위성통신용 송수신장치(110)로 수신하는 것이 가능하고, 또 기지국(98)이나 위성용 송수신장치(110)로부터의 희망하는 관측데이터를 요구할 수 있는 것이 가능하게 되어, 광범위하게 희망하는 관측데이터를 입수하는 것이 가능하게 된다.
(4-4) 시스템예 4
시스템예 4는 지구관측시스템이다.
본 발명의 지구관측시스템의 일 실시예를 도 34에 나타낸다.
도 34에 나타낸 바와 같이 지구관측센서를 탑재한 본 발명의 타원궤도에 적합한 자세제어계, 전원계, 통신계, 열제어계 등의 서브시스템을 구비하는 인공위성군(111)과, 이 인공위성군(111)으로부터 송신되는 관측결과를 수신하는 기지국(98)으로 구성된다.
이 시스템에서는 인공위성군(111)이 지표에 대하여 높은 앙각이기 때문에, 차폐물에 영향받지 않는 지구관측정보를 기지국(98)에서 수집하는 것이 가능하게 된다.
결국, 몇몇의 나라에서의 인공위성을 사용한 서비스가 도 63 내지 도 66을 참조하여 간략히 설명된다.
(1) 등고선에 의해 도 63에 도시된 것은 영국에서 3개의 인공위성으로 풀 타임(하루 24시간)서비스를 제공하는 경우에, 70 도 이상의 앙각에서 위치된 임의의 인공위성이 60도의 궤도경사각, 0.3의 제곱된 이심률 및 270도의 근지점인수를 가지고 보여질 수 있는 서비스 시간율(%)의 시뮬레이션 결과의 예이다.
영국에서 4기의 인공위성의 2세트에 대한 궤도경사각 및 제곱된 이심률의 조합된 파라미터의 영역에 대하여는, 궤도경사각은 55도와 65도 사이에 있고 제곱된 이심률은 0.25와 0.35 사이에 있다.
또한, 등고선을 통하여 도 64에 도시된 것은 영국에서 4개의 인공위성으로 풀 타임(하루 24시간)서비스를 제공하는 경우에, 70 도 이상의 앙각에서 위치된 임의의 인공위성이 60도의 궤도경사각, 0.25의 제곱된 이심률 및 270도의 근지점인수를 가지고 보여질 수 있는 서비스 시간율(%)의 시뮬레이션 결과의 예이다.
영국에서 4기의 인공위성의 2세트에 대한 궤도경사각 및 제곱된 이심률의 조합된 파라미터의 영역에 대하여는, 궤도경사각은 50도와 65도 사이에 있고 제곱된 이심률은 0.15와 0.35 사이에 있다.
(2) 등고선을 통하여 도 65에 도시된 것은 유럽 주요국가에서 3개의 인공위성으로 풀 타임(하루 24시간)서비스를 제공하는 경우에, 70 도 이상의 앙각에서 위치된 임의의 인공위성이 50도의 궤도경사각, 0.25의 제곱된 이심률 및 270도의 근지점인수를 가지고 보여질 수 있는 서비스 시간율(%)의 시뮬레이션 결과의 예이다.
유럽주요국가에서 4기의 인공위성의 2세트에 대한 궤도경사각 및 제곱된 이심률의 조합된 파라미터의 영역에 대하여는, 궤도경사각은 45도와 55도 사이에 있고 제곱된 이심률은 0.15와 0.3 사이에 있다.
(3) 등고선을 통하여 도 66에 도시된 것은 뉴질랜드에서 3개의 인공위성으로 풀 타임(하루 24시간)서비스를 제공하는 경우에, 70 도 이상의 앙각에서 위치된 임의의 인공위성이 50도의 궤도경사각, 0.3의 제곱된 이심률 및 90도의 근지점인수를가지고 보여질 수 있는 서비스 시간율(%)의 시뮬레이션 결과의 예이다.
뉴질랜드에서 4기의 인공위성의 2세트에 대한 궤도경사각 및 제곱된 이심률의 조합된 파라미터의 영역에 대하여는, 궤도경사각은 45도와 55도 사이에 있고 제곱된 이심률은 0.25와 0.35 사이에 있다.
(1) 근지점 인수의 설정방법에 관한 효과
본 발명에 의하면, 임의의 궤도경사각을 궤도요소로 하는 타원궤도에 대하여 지구중력장 등의 영향에 의한 근지점 인수의 변동을 미리 고려에 넣은 궤도요소의 설정을 행할 수 있다.
(2) 복수의 인공위성의 궤도배치방법에 관한 효과
본 발명에 의하면, 임의의 수의 복수의 인공위성을 이용하여, 인공위성이 주회하는 천체의 특정 지역에 대하여 통신서비스, 방송서비스를 집중적이면서도 연속적으로 제공하고자 하는 경우, 또는 인공위성이 주회하는 천체의 특정 지역이나 해당 지역의 기상을 집중적이면서도 연속적으로 관측하는 경우에 있어서, 인공위성의 궤도요소인 궤도장반경(궤도길이반경), 이심률, 궤도경사각, 근지점 인수, 승교점적경 및 진근점이각의 설정을 간단하게 행할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 임의의 수의 복수의 인공위성을 이용하여, 인공위성이 주회하는 천체의 특정 지역에 대하여 통신서비스, 방송서비스를 집중적이면서도 연속적으로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 임의의 수의 복수의 인공위성을 이용하여, 해당 인공위성이 주회하는 천체의 특정 지역이나 해당 지역의 기상을 집중적이면서도 연속적으로 관측할 수 있다.
(3) 상기한 (1) 및 (2)를 이용하여 구해진 궤도요소를 그 궤도요소로 하는, 복수의 인공위성의 배치에 관하여
본 발명에 의하면, 전파 전파거리가 짧기 때문에 위성통신용 송수신장치에 대한 기술요구를 완화하는 동시에 통신지연시간이 짧은 통신방송시스템을 구축할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 궤도형상이 원형에 가깝기 때문에, 복수의 인공위성의 서비스전환시에 발생이 예상되는 통신·방송의 두절시간을 적어도 단축할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 3기 또는 4기의 인공위성군에 의하여 그 어느 하나의 인공위성이 네무로에서 나하에 이르는 일본본토에 있어서 동시에, 앙각 70도 이상의 천공에 가시되게 되는 인공위성의 배치를 행하고 있기 때문에, 이동체에 대한 통신·방송서비스를 해당 인공위성에 의하여 용이하게 행할 수 있다.
(4) 상기 (1) 내지 (3)에 공통되는 효과
본 발명에 의하면, 상기에서 설정한 궤도요소에 의거하여 인공위성의 궤도제어를 실현하는 궤도제어시스템을 제공할 수 있다.

Claims (34)

  1. 24시간을 주기로 타원궤도들을 주회하는 통신유닛을 구비한 복수의 인공위성을 포함하는 통신방법에 있어서,
    각각의 궤도는 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성되고,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  2. 각각 통신유닛을 구비한 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    원지점이 특정 서비스대상지역의 상공에 위치하는 복수의 타원궤도는 승교점적경 사이의 각이 소정치가 되도록 설정되고, 각각의 인공위성은 각 타원궤도를 주회하며, 적어도 1기의 인공위성이 서비스대상지역으로부터 천정방향에 대하여 소정의 앙각 내에서 가시되도록 상기 타원궤도에 배치되고,
    상기 인공위성군은 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성된 타원궤도들을 24시간을 주기로 주회하며,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  3. 타원궤도를 주회하고, 각각 통신유닛을 구비한 복수의 인공위성을 포함하는 통신방법에 있어서,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내이고, 근지점 인수는 상기 복수의 인공위성의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 근지점 인수는 상기 복수의 인공위성의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 근지점인수의 설정범위가 210~290도인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 근지점인수의 설정범위에 대한 궤도상의 초기값이 270도 이하인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  7. 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    각각의 원지점이 특정 서비스대상지역의 상공에 위치하고, 지상궤적이 거의 일치되도록 복수의 타원궤도가 설정되고; 통신유닛을 구비한 각각의 인공위성은 각각의 궤도에 배치되어 24시간을 주기로 상기 타원궤도를 주회하며; 상기 궤도들의 승교점적경은 360도를 위성수로 나눈 각도만큼 떨어져 있고; 상기 인공위성은 적어도 1기의 인공위성이 상기 서비스대상지역에서 정지위성을 바라본 최대앙각보다 더 큰 각도위치에 항상 가시되도록 배치되며; 상기 인공위성은 하나의 인공위성이 궤도의 근지점에 위치할 때 그외의 인공위성의 진근점이각이 궤도주기를 위성수로 나눈 시간에 대응하는 각도만큼 떨어지도록 배치되고; 상기 인공위성군은 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성된 타원궤도들을 24시간을 주기로 주회하고,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  8. 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    서비스대상지역은 상기 서비스대상지역의 최북단, 최남단, 최서단, 최동단의 네 지점의 위도와 경도에 의해 설정되거나 또는 상기 서비스대상지역이 상기 네 지점을 정점으로 한 사각형에 포함되지 않을 경우 상기 네 지점 모두가 포함되는 지점의 위도와 경도에 의해 설정되는 다각형의 영역이고; 각각의 원지점이 특정 서비스대상지역의 상공에 위치하고, 지상궤적이 거의 일치되도록 복수의 타원궤도가 설정되며; 통신유닛을 구비한 각각의 인공위성은 각각의 궤도에 배치되어 24시간을 주기로 상기 타원궤도를 주회하고; 상기 궤도들의 승교점적경은 360도를 위성수로 나눈 각도만큼 떨어져 있으며; 상기 인공위성은 적어도 1기의 인공위성이 상기 서비스대상지역에서 정지위성을 바라본 최대앙각보다 더 큰 각도위치에 항상 가시되도록 배치되고; 상기 인공위성은 하나의 인공위성이 궤도의 근지점에 위치할 때 그외의 인공위성의 진근점이각이 궤도주기를 위성수로 나눈 시간에 대응하는 각도만큼 떨어지도록 배치되며; 상기 인공위성군은 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성된 타원궤도들을 24시간을 주기로 주회하고,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  9. 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    서비스대상지역은 대략 북위 70도 내지 남위 70도의 범위 내에 설정되고; 각각의 원지점이 특정 서비스대상지역의 상공에 위치하고, 지상궤적이 거의 일치되도록 복수의 타원궤도가 설정되며; 통신유닛을 구비한 각각의 인공위성은 각각의 궤도에 배치되어 24시간을 주기로 상기 타원궤도를 주회하고; 상기 궤도들의 승교점적경은 360도를 위성수로 나눈 각도만큼 떨어져 있으며; 상기 인공위성은 적어도 1기의 인공위성이 상기 서비스대상지역에서 정지위성을 바라본 최대앙각보다 더 큰 각도위치에 항상 가시되도록 배치되고; 상기 인공위성은 하나의 인공위성이 궤도의 근지점에 위치할 때 그외의 인공위성의 진근점이각이 궤도주기를 위성수로 나눈 시간에 대응하는 각도만큼 떨어지도록 배치되며; 상기 타원궤도의 궤도경사각과 이심률은 서로 조합하여 대응하는 범위내의 값으로 설정되고,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  10. 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    서비스대상지역은 대략 북위 85도 내지 남위 85도의 범위 내에 설정되고; 각각의 원지점이 특정 서비스대상지역의 상공에 위치하고, 지상궤적이 거의 일치되도록 복수의 타원궤도가 설정되며; 통신유닛을 구비한 각각의 인공위성은 각각의 궤도에 배치되어 24시간을 주기로 상기 타원궤도를 주회하고; 상기 궤도들의 승교점적경은 360도를 위성수로 나눈 각도만큼 떨어져 있으며; 상기 인공위성은 적어도 1기의 인공위성이 상기 서비스대상지역에서 정지위성을 바라본 최대앙각보다 더 큰 각도위치에 항상 가시되도록 배치되고; 상기 인공위성은 하나의 인공위성이 궤도의 근지점에 위치할 때 그외의 인공위성의 진근점이각이 궤도주기를 위성수로 나눈 시간에 대응하는 각도만큼 떨어지도록 배치되며; 상기 타원궤도의 궤도경사각과 이심률은 서로 조합하여 대응하는 범위내의 값으로 설정되고,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  11. 제7항 내지 제10항에 있어서,
    상기 인공위성의 수가 3기 또는 4기인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  12. 각각 통신유닛을 구비한 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    원지점이 특정 서비스대상지역의 상공에 위치하는 복수의 타원궤도는 승교점적경 사이의 각이 소정치가 되도록 설정되고, 각각의 인공위성은 각 타원궤도를 주회하며, 상기 인공위성군은 통신유닛을 구비한 적어도 1기의 인공위성이 서비스대상지역으로부터 천정방향에 대하여 항상 소정의 앙각 내에서 가시되도록 상기 타원궤도에 배치되고, 상기 인공위성군은 근지점인수가 상기 복수의 인공위성의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 복수의 인공위성으로 구성되며,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  13. 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    서비스대상지역은 상기 서비스대상지역의 최북단, 최남단, 최서단, 최동단의 네 지점의 위도와 경도에 의해 설정되거나 또는 상기 서비스대상지역이 상기 네 지점을 정점으로 한 사각형에 포함되지 않을 경우 상기 네 지점 모두가 포함되는 지점의 위도와 경도에 의해 설정되는 다각형의 영역이고; 각각의 원지점이 특정 서비스대상지역의 상공에 위치하고, 지상궤적이 거의 일치되도록 복수의 타원궤도가 설정되며; 통신유닛을 구비한 각각의 인공위성은 각각의 궤도에 배치되어 12시간 또는 24시간을 주기로 상기 타원궤도를 주회하고; 상기 궤도들의 승교점적경은 360도를 위성수로 나눈 각도만큼 떨어져 있으며; 상기 인공위성은 적어도 1기의 인공위성이 상기 서비스대상지역에서 정지위성을 바라본 최대앙각보다 더 큰 각도위치에 항상 가시되도록 배치되고; 상기 인공위성은 하나의 인공위성이 궤도의 근지점에 위치할 때 그외의 인공위성의 진근점이각이 궤도주기를 위성수로 나눈 시간에 대응하는 각도만큼 떨어지도록 배치되며; 상기 타원궤도의 궤도경사각과 이심률은 서로 조합하여 대응하는 범위내의 값으로 설정되고; 상기 인공위성군은 근지점인수가 상기 복수의 인공위성의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 복수의 인공위성으로 구성되며,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  14. 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    서비스대상지역은 대략 북위 70도 내지 남위 70도의 범위 내에 설정되고; 각각의 원지점이 특정 서비스대상지역의 상공에 위치하고, 지상궤적이 거의 일치되도록 복수의 타원궤도가 설정되며; 통신유닛을 구비한 각각의 인공위성은 각각의 궤도에 배치되어 12시간 또는 24시간을 주기로 상기 타원궤도를 주회하고; 상기 궤도들의 승교점적경은 360도를 위성수로 나눈 각도만큼 떨어져 있으며; 상기 인공위성은 적어도 1기의 인공위성이 상기 서비스대상지역에서 정지위성을 바라본 최대앙각보다 더 큰 각도위치에 항상 가시되도록 배치되고; 상기 인공위성은 하나의 인공위성이 궤도의 근지점에 위치할 때 그외의 인공위성의 진근점이각이 궤도주기를 위성수로 나눈 시간에 대응하는 각도만큼 떨어지도록 배치되며; 상기 타원궤도의 궤도경사각과 이심률은 서로 조합하여 대응하는 범위내의 값으로 설정되고; 상기 인공위성군은 근지점인수가 상기 복수의 인공위성의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 복수의 인공위성으로 구성되며,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  15. 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    서비스대상지역은 대략 북위 85도 내지 남위 85도의 범위 내에 설정되고; 각각의 원지점이 특정 서비스대상지역의 상공에 위치하고, 지상궤적이 거의 일치되도록 복수의 타원궤도가 설정되며; 통신유닛을 구비한 각각의 인공위성은 각각의 궤도에 배치되어 12시간 또는 24시간을 주기로 상기 타원궤도를 주회하고; 상기 궤도들의 승교점적경은 360도를 위성수로 나눈 각도만큼 떨어져 있으며; 상기 인공위성은 적어도 1기의 인공위성이 상기 서비스대상지역에서 정지위성을 바라본 최대앙각보다 더 큰 각도위치에 항상 가시되도록 배치되고; 상기 인공위성은 하나의 인공위성이 궤도의 근지점에 위치할 때 그외의 인공위성의 진근점이각이 궤도주기를 위성수로 나눈 시간에 대응하는 각도만큼 떨어지도록 배치되며; 상기 타원궤도의 궤도경사각과 이심률은 서로 조합하여 대응하는 범위내의 값으로 설정되고; 상기 인공위성군은 근지점인수가 상기 복수의 인공위성의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 복수의 인공위성으로 구성되며,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  16. 제12항 내지 제15항에 있어서,
    상기 인공위성의 수가 3기 또는 4기인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  17. 제12항 내지 제15항에 있어서,
    상기 근지점인수의 설정범위가 210~290도인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  18. 제12항 내지 제15항에 있어서,
    상기 근지점인수의 설정범위에 대한 궤도상의 초기값이 270도 이하인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  19. 인공위성의 궤도배치방법에 있어서,
    복수의 인공위성은 인공위성간에 궤도를 주회하는 인공위성의 궤도장반경, 이심률, 근지점인수, 궤도경사각의 네가지 요소가 거의 동일한 값으로 설정되도록 배치되고, 상기 근지점인수의 값은 소정의 허용오차를 갖도록 설정되며,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 인공위성의 궤도배치방법.
  20. 인공위성의 궤도배치방법에 있어서,
    복수의 인공위성은 인공위성간에 궤도를 주회하는 인공위성의 궤도장반경, 이심률, 근지점인수, 궤도경사각의 네가지 요소가 거의 동일한 값으로 설정되도록 배치되고, 진근점이각이 대략 360도/N(N=위성수)만큼의 간격이 되도록 배치되며, 상기 근지점인수의 값은 소정의 허용오차를 갖도록 설정되고,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 인공위성의 궤도배치방법.
  21. 상이한 3개 또는 4개의 타원궤도를 주회하는 3기 또는 4기의 인공위성으로 이루어지고, 각각 통신유닛을 구비한 인공위성군을 포함하는 통신방법에 있어서,
    상기 각 인공위성은 상기 각 타원궤도에 배치되고; 각 인공위성의 궤도요소 중 궤도장반경은 궤도주기가 24시간이 되도록 설정되고, 각 인공위성이 주회하는 궤도는 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성되며; 각 인공위성의 궤도형태는 궤도를 주회하는 인공위성의 궤도장반경, 이심률, 근지점인수, 궤도경사각의 네가지 요소가 인공위성간에 거의 동일한 값으로 설정되도록 형성되고, 상기 근지점인수의 값은 소정의 허용오차를 갖도록 설정되며,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 통신방법.
  22. 인공위성을 추적관제하기 위한 추적관제설비에 있어서,
    추적관제되는 인공위성(60-62,70,90)은,
    (1) 24시간을 주기로, 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성된 타원궤도(63-65,71)를 주회하는 인공위성; 또는
    (2) 근지점인수가 상기 인공위성의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정된 타원궤도를 주회하는 인공위성; 또는
    (3) 제21항 또는 제22항에 따른 궤도배치방법으로 도출된 궤도를 주회하는 인공위성이거나,
    추적관제되는 인공위성군은,
    (4) 상이한 3개 또는 4개의 타원궤도를 주회하는 3기 또는 4기의 위성으로 이루어진 인공위성군으로, 상기 각 인공위성은 상기 각 타원궤도에 배치되고 서비스 지점에서의 허용가능한 앙각에서 교대로 보이게 되며, 각 인공위성의 궤도요소 중 궤도장반경은 궤도주기가 24시간이 되도록 설정되고, 각 인공위성이 주회하는 궤도는 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성되는 인공위성군; 또는
    (5) 상이한 3개 또는 4개의 타원궤도를 주회하는 3기 또는 4기의 위성으로 이루어진 인공위성군으로, 근지점인수는 각각 상기 인공위성군의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 인공위성군이며,
    근지점 인수의 제어 단계는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 결정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 인공위성추적관제설비.
  23. 인공위성, 상기 인공위성을 통해 위성방송을 수신하기 위한 위성방송단말, 상기 인공위성을 통해 위성방송단말로 방송하기 위한 기지국을 포함하여 이루어지는 위성방송시스템에 있어서, 상기 인공위성은
    (1) 24시간을 주기로, 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성된 타원궤도(63-65,71)를 주회하는 인공위성; 또는
    (2) 근지점인수가 상기 인공위성의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정된 타원궤도를 주회하는 인공위성; 또는
    (3) 제21항 또는 제22항에 따른 궤도배치방법으로 도출된 궤도를 주회하는 인공위성이거나,
    추적관제되는 인공위성군은,
    (4) 상이한 3개 또는 4개의 타원궤도를 주회하는 3기 또는 4기의 위성으로 이루어진 인공위성군으로, 상기 각 인공위성은 상기 각 타원궤도에 배치되고 서비스 지점에서의 허용가능한 앙각에서 교대로 보이게 되며, 각 인공위성의 궤도요소 중 궤도장반경은 궤도주기가 24시간이 되도록 설정되고, 각 인공위성이 주회하는 궤도는 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성되는 인공위성군; 또는
    (5) 상이한 3개 또는 4개의 타원궤도를 주회하는 3기 또는 4기의 위성으로 이루어진 인공위성군으로, 근지점인수는 각각 상기 인공위성군의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 인공위성군이며,
    상기 인공위성군의 근지점 인수의 제어는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 스정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성방송시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 위성방송단말은 인공위성을 통해 위성방송을 수신하기 위한 수단 및 지상방송국으로부터 전파를 수신하기 위한 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성방송시스템.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 위성방송단말은 인공위성을 통해 위성방송을 수신하기 위한 수단 및 인공위성을 통하지 않는 통신수단을 통해 기지국으로 정보를 송신하기 위한 수단을 포함하는 구성되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성방송시스템.
  26. 제23항 내지 제24항에 있어서,
    이동체에 상기 위성방송단말이 구비되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성방송시스템.
  27. 최소한 인공위성, 상기 인공위성을 통해 위성통신을 수행하기 위한 위성통신송수신장치, 위성통신송수신장치를 구비하여 상기 인공위성을 통해 위성통신을 수행하기 위한 기지국을 포함하여 이루어지는 위성통신시스템에 있어서,
    상기 인공위성은 (1) 24시간을 주기로, 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성된 타원궤도를 주회하는 인공위성; 또는
    (2) 제21항 또는 제22항에 따른 궤도배치방법으로 도출된 궤도를 주회하는 인공위성이거나,
    추적관제되는 인공위성군은 (3) 상이한 3개 또는 4개의 타원궤도를 주회하는 3기 또는 4기의 위성으로 이루어진 인공위성군으로, 상기 각 인공위성은 상기 각 타원궤도에 배치되고 서비스 지점에서의 허용가능한 앙각에서 교대로 보이게 되며, 각 인공위성의 궤도요소 중 궤도장반경은 궤도주기가 24시간이 되도록 설정되고, 각 인공위성이 주회하는 궤도는 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성되는 인공위성군; 또는
    (4) 상이한 3개 또는 4개의 타원궤도를 주회하는 3기 또는 4기의 위성으로 이루어진 인공위성군으로, 근지점인수는 각각 상기 인공위성군의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 인공위성군이며,
    상기 인공위성군의 근지점 인수의 제어는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 스정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성통신시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 위성통신송수신장치는 인공위성을 통해 위성통신을 수행하기 위한 수단 및 GPS 위성으로부터 전파를 수신하여 상기 위성통신송수신장치의 위치를 측정하는 측정수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성통신시스템.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 위성통신송수신장치는 인공위성을 통해 위성통신을 수행하기 위한 수단 및 전기, 도시가스, 수도 중 적어도 하나에 대해 사용량을 계량하기 위한 계량수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성통신시스템.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 위성통신송수신장치는 인공위성을 통해 위성통신을 수행하기 위한 정보네트워크의 정보를 수집하고 중계하기 위한 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성통신시스템.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 위성통신송수신장치는 인공위성을 통해 위성통신을 수행하기 위한 수단 및 환경을 모니터링하기 위한 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성통신시스템.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 위성통신송수신장치는 인공위성을 통해 위성통신을 수행하기 위한 수단 및 이상(異常)을 검출하기 위한 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성통신시스템.
  33. 제28항 내지 제32항에 있어서,
    이동체에 상기 위성통신송수신장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 위성통신시스템.
  34. 지구관측유닛을 탑재한 인공위성으로부터 전송된 관측결과를 수신하기 위한 관측지상국에 있어서,
    위성통신시스템은 적어도 인공위성, 상기 인공위성을 통해 위성통신을 수행하기 위한 위성통신송수신장치, 상기 인공위성을 통해 위성통신송수신장치와 통신하기 위한 기지국을 포함하여 이루어지고,
    상기 인공위성은 (1) 24시간을 주기로, 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성된 타원궤도를 주회하는 인공위성; 또는
    (2) 제21항 또는 제22항에 따른 궤도배치방법으로 도출된 궤도를 주회하는 인공위성이거나,
    추적관제되는 인공위성군은 (3) 상이한 3개 또는 4개의 타원궤도를 주회하는 3기 또는 4기의 위성으로 이루어진 인공위성군으로, 상기 각 인공위성은 상기 각 타원궤도에 배치되고 서비스 지점에서의 허용가능한 앙각에서 교대로 보이게 되며, 각 인공위성의 궤도요소 중 궤도장반경은 궤도주기가 24시간이 되도록 설정되고, 각 인공위성이 주회하는 궤도는 궤도경사각이 37도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 이하이거나, 또는 궤도경사각이 40도 보다 크고 44도 보다 작으며 이심률이 0.24 보다 크고 0.35 보다 작도록 형성되는 인공위성군; 또는
    (4) 상이한 3개 또는 4개의 타원궤도를 주회하는 3기 또는 4기의 위성으로 이루어진 인공위성군으로, 근지점인수는 각각 상기 인공위성군의 설정 프로세스에서 소정의 허용오차를 갖는 값으로 설정되는 인공위성군이며,
    상기 인공위성군의 근지점 인수의 제어는,
    (a)이심률과 궤도경사각의 조합에 따른 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 인공위성의 이심률과 궤도경사각을 특정하는 단계;
    (b)특정된 상기 이심률과 상기 궤도경사각에서 동시가시시간의 변화를 나타내는 정보로부터 상기 근지점 인수의 허용 범위를 결정하는 단계;
    (c)서비스 지점에서의 허용가능한 앙각 및 제어빈도에 기초하여 상기 근지점 인수의 초기값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 근지점 인수의 초기값 이후 미션수명 동안 또는 미션수명 중에 궤도제어가 수행되는 타이밍까지의 주행 시간에 따라 변화하는 상기 근지점 인수의 값이 상기 (b)단계에서 스정된 상기 근지점 인수의 허용 범위 내인 것을 특징으로 하는 근지점 인수 제어를 이용한 관측지상국.
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