JP5286877B2 - 電波監視装置 - Google Patents

Description

この発明は、宇宙空間において静止軌道上に配置された衛星から送信される電波を検出し、監視する電波監視装置に関するものである。

静止軌道上には、放送衛星や通信衛星、気象観測等の観測ミッションを行う観測衛星（気象衛星を含む）など、種々の人工衛星が配置され、これらの人工衛星と地上の管制局や基地局、小型地球局、移動局等の地上通信局との間で、情報データやテレメトリー／コマンドの通信を行っている。これらの種々の人工衛星からの送信電波は、それぞれ相互干渉しないよう回線が割り振られているが、昨今では、衛星の台数が増加し、利用周波数帯域もより細分化され、空間的にも周波数的に過密化が進む傾向となっている。このような過密化のため、静止軌道上に配置された人工衛星（又は未認識の人工衛星）からの送信電波を地上において検出し、包括的に監視するシステムが必要となっている。

例えば、特許文献１には衛星からの電波を捕捉して監視する従来の電波監視装置が記載されている。この特許文献１に記載の従来の電波監視装置は、衛星のドリフト範囲に基づいて長方形又は正方形のサーチ領域を求め、このサーチ領域内において渦巻き状またはジグザグ上のサーチパターンによりアンテナを走査して衛星からの電波を捕捉し、監視するというものである。

特開平１１−１４２４９６号公報

特許文献１に記載された従来の電波監視装置によれば、１の衛星のドリフト範囲に基づくサーチ領域でアンテナを走査して衛星からの電波を捕捉し監視することができるが、複数の衛星から送信されている電波を監視することは考慮されておらず、静止軌道上に配置される複数の衛星からの送信電波を監視するために、どのようなアンテナの走査を行うか検討しなければならないという課題があった。より具体的には、広範囲かつ広帯域で効率的な電波監視を行うためには、効率的なアンテナ走査を行わなければならないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、静止軌道上に配置された衛星からの送信電波を効率的に監視することのできる電波監視装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る電波監視装置は、静止軌道上の互いに経度が異なる位置に配置された複数の衛星から送信された電波を監視する電波監視装置であって、前記衛星から送信される電波を受信する給電部と、この給電部により受信した受信信号のスペクトラムを測定する測定装置と、アンテナ指向方向を駆動制御するアンテナ制御装置と、このアンテナ制御装置が駆動制御するスキャンパターンであって静止軌道に沿う経度方向の移動と静止軌道上の点を中心とする円運動とを組み合せて同時に行うスキャンパターンを生成するスキャン条件生成装置とを備えたものである。

請求項２の発明に係る電波監視装置は、請求項１の発明に係る電波監視装置において、上記スキャン条件生成装置は、上記給電部により受信する電波の受信周波数帯に基づいて、上記スキャンパターンにおける、上記経度方向の移動の速度と上記円運動の速度を設定するものである。

請求項３の発明に係る電波監視装置は、請求項１の発明に係る電波監視装置において、上記スキャン条件生成装置は、静止軌道を挟み南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第１の交点と、その次に生じる北緯側から南緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第２の交点とのほぼ中点に、さらにその次に生じる南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第３の交点が生じる上記スキャンパターンを生成するものである。

請求項１乃至請求項３に記載の発明によれば、スキャン条件生成装置により静止軌道に沿う経度方向の移動と静止軌道上の点を中心とする円運動とを組み合せて同時に行うスキャンパターンを生成し、アンテナ指向方向を駆動制御するので、静止軌道上に配置された衛星から送信される電波の監視を効率よく行うことができる。また、監視する受信周波数帯に基づいて、スキャンパターンにおける経度方向の移動の速度と円運動の速度を設定するので、受信周波数帯で決まるアンテナビーム幅に応じたビームパターンを形成することができる。また、スキャンパターンを、静止軌道を挟み南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第１の交点と、その次に生じる北緯側から南緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第２の交点とのほぼ中点に、さらにその次に生じる南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第３の交点が生じるようにすることによって、所定の経度範囲及び緯度範囲での衛星電波監視を概ね全範囲において高速に行うことができる。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係る電波監視装置について図１乃至図６を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る電波監視装置のアンテナ部の外観を表わす外観図であり、図２はこの発明の実施の形態１に係る電波監視装置の構成を表わす機能ブロック図である。図１において、１はアンテナ主鏡、２はアンテナ主鏡１の正面に設けた給電部、３はアンテナ主鏡１に固定され、給電部２を支持するステーである。４はアンテナ主鏡１を仰角軸まわりに回転可能に支持するアンテナ支持部、５はアンテナ支持部４を方位軸まわりに回転可能に支持するアンテナベースである。アンテナベース５及びアンテナ支持部３には、図示しない方位駆動機構及び仰角駆動機構が設けられて、アンテナ指向方向を任意の方位及び仰角へ向けられるものとする。また、給電部２はステー３に固定されるベース部材上にＸ軸及びＹ軸方向に駆動可能なＸＹステージを設け、そのＸＹステージ上に複数の給電装置を配置するものとする。尚、Ｘ軸及びＹ軸は図１に示すとおり給電部２のベース部材に固定された座標系において、アンテナ指向方向をＺ軸、仰角軸に平行な軸をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交する方向をＹ軸としたものである。

図２において、６は複数の給電装置であり、７は上述のＸＹステージ及びＸＹステージをＸ軸及びＹ軸方向に駆動するモータ等からなる給電部駆動機構、８はアンテナ主鏡１を方位及び仰角駆動するモータ等からなる主鏡駆動機構、９は給電部駆動機構７及び主鏡駆動機構８を駆動制御するアンテナ制御装置であり、１０はアンテナ指向方向のスキャン条件を生成し、アンテナ制御装置９へ出力するスキャン条件生成装置である。また、１１は複数の給電装置６により受信した受信信号を切り替えて後段へ出力する受信信号切替装置、１２は受信信号切替装置１１が出力する受信信号のスペクトラムを測定する計測装置、１３は計測装置１２により測定した受信信号スペクトラムと、アンテナ制御装置９により駆動制御しているアンテナ指向方向の方位角及び仰角とを関連付けて記録する記録装置である。

次に本発明の電波監視装置による静止軌道上の複数の衛星から送信された電波の監視動作について説明する。スキャン条件生成装置１０は受信する周波数帯に適したスキャンパターンを決定しアンテナ制御装置９へ出力する。アンテナ制御装置９は入力されたスキャンパターンをトレースするようにアンテナ指向方向の駆動指令（方位及び仰角方向の駆動指令）を出力し、この指令に従って給電部駆動機構７及び主鏡駆動機構８が駆動される。給電部２には多周波受信に対応するために周波数帯ごとに給電装置６を設けており、これらの複数の給電装置６は上記ＸＹステージ上のＸＹ面に分布して配置されている。給電部駆動機構７は、受信しようとしている受信信号の周波数帯域に対応する給電装置６を上記ＸＹステージを駆動することによってアンテナ主鏡１の焦点位置に移動させる。アンテナ主鏡１によって反射され給電装置６により受信した受信信号は、受信信号切替装置１１を介して計測装置１２に入力され、計測装置１２は受信信号のスペクトラムを測定する。計測装置１２で測定された受信信号のスペクトラムデータは、アンテナ制御装置９から出力されるアンテナ指向方向情報（方位角及び仰角）と対応付けられて記録装置１３に記録される。

次にスキャン条件生成装置１０が生成するスキャンパターンについて説明する。図３は静止軌道上における複数の衛星のドリフト範囲を説明するグラフであり、図３に示す衛星Ａ乃至Ｂは、静止軌道上の互いに経度が異なる位置に配置されており、各衛星の軌道保持制御性能に依存してそれらのドリフト範囲には広狭があるものとする。図４は概ね日本国に設置した電波監視装置から見た静止軌道（ほぼ赤道上で高度３万ｋｍ）を表わすグラフであり、１４は方位角と仰角で表わした静止軌道を示している。図４において真南の方位角を１８０度、天頂方向の仰角を９０度として定義している。静止軌道上から送信される電波の収集は、静止軌道に沿ってアンテナ指向方向を移動させることによって、アンテナの電波受信角度と受信スペクトラムを記録する。図３の衛星Ｂのように衛星軌道保持精度が悪くドリフトの大きい衛星の場合は、アンテナビーム幅が狭い時には正しく衛星から発射される電波を受信出来ない可能性があるため、衛星軌道の南北をカバーした帯状の領域をスキャンする必要がある。図５はスキャンパターンの一例を表わすグラフであり、図５において、１５はアンテナビーム範囲であり、１６はスキャンパターンを表わしており、このスキャンパターン１４は、静止軌道１４に沿う等速移動と静止軌道１４上の点を中心とする円運動とを組み合せて同時に行わせたものとなっている。主鏡駆動機構８によりアンテナ主鏡１を静止軌道１４に沿って線状に走査し、同時に、給電部駆動機構７により給電装置６がアンテナ主鏡１の焦点位置を中心とする所定半径の円周上を等速円運動するように上記ＸＹステージを駆動させることによって、図５に示すスキャンパターン１６が得られる。このようなスキャンパターンに基づくアンテナ駆動制御を行うことによって、ドリフトの大きい衛星から送信された電波を測定することができる。なお、主鏡駆動機構８のみを用いてアンテナ主鏡１を駆動することによっても、図５に示すスキャンパターンをトレースすることができるが、この場合には、給電部駆動機構７が不要となって部品点数を削減されるものの、反面、主鏡駆動機構８におけるモータ駆動負荷が大きくなり、さらには、保守作業の増大や信頼性低下といった問題が発生し得るものと考えられる。

図６は周波数帯の高い給電装置６を使用した場合のスキャンパターンを表わすグラフである。アンテナビーム幅は、一般にλ／Ｄ（λは波長、Ｄはアンテナ開口径）によって決まるため、高周波帯の給電装置６を用いるときにはアンテナビーム幅は狭くなる。図６に示すように、高周波数帯においてはビーム幅が狭まるため、使用する給電装置６のビーム幅に応じたスキャンパターンをスキャン条件生成装置１０にて算出し、アンテナ制御装置９に指令することにより主鏡駆動機構８及び給電部駆動機構７の駆動速度等の設定を行う。換言すれば、スキャン条件生成装置１０は、受信しようとする給電装置６が定められると、その給電装置６で使用する周波数帯に基づくアンテナビーム幅が設定され、そのビーム幅に基づいて、静止軌道１４に沿う移動の速度と、静止軌道１４上の１点を中心とする円運動の角速度とを設定することによりスキャンパターンを生成する。また、スキャン条件生成装置１０が生成するスキャンパターンにおいて、静止軌道１４上の１点を中心とする円運動の角速度は、使用する周波数帯（受信する周波数帯）によらず所定の値としておき、静止軌道１４に沿う移動の速度を使用する周波数帯（受信する周波数帯）によって変化させるようにしてもよい。さらに、経度方向及び緯度方向の範囲を角度指定するパラメータを設けることにより、柔軟性のある電波監視を行うこともできる。以上のように、スキャン条件生成装置１０は、経度方向の角度範囲と経度方向への移動の速度、緯度方向の角度範囲（円運動の半径により角度範囲が決まる）と緯度方向へ走査するための静止軌道１４上の１点を中心とする円運動の角速度が設定されたスキャンパターンを生成して出力する。なお、ビーム条件生成装置１０は、図５及び図６に示す静止軌道上の走査範囲（探索する緯度範囲及び経度幅）において用いる緯度及び経度の座標系から、図４に示す地球局のアンテナ座標系（方位角及び仰角）へ変換する機能を有するものとする。

また、図５及び図６に示すスキャンパターンは、静止軌道を挟んで、南緯側（図５及び図６においてマイナス緯度表示した側）から北緯側（図５及び図６においてプラス緯度表示した側）への移動に伴って生じる静止軌道との第１の交点と、その次に生じる北緯側から南緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第２の交点とのほぼ中点に、さらにその次に生じる南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第３の交点が生じるように生成されることによって、このようなスキャンパターンに基づいて、所定の経度範囲及び緯度範囲での衛星電波監視をほぼ全範囲において高速に行うことができるものである。

この発明の実施の形態１に係る電波監視装置のアンテナ部の外観を表わす外観図である。 この発明の実施の形態１に係る電波監視装置の構成を表わす機能ブロック図である。 静止軌道上における複数の衛星のドリフト範囲を説明するグラフである。 概ね日本国に設置した電波監視装置から見た静止軌道を表わすグラフである。 スキャンパターンの一例を表わすグラフである。 周波数帯の高い給電装置を使用した場合のスキャンパターンを示すグラフである。

符号の説明

１ アンテナ主鏡
２ 給電部
３ 移動局
６ 給電装置
９ アンテナ制御装置
１０ スキャン条件生成装置
１２ 計測装置
１６ スキャンパターン

Claims (3)

1. 静止軌道上の互いに経度が異なる位置に配置された複数の衛星から送信された電波を監視する電波監視装置であって、前記衛星から送信される電波を受信する給電部と、この給電部により受信した受信信号のスペクトラムを測定する測定装置と、アンテナ指向方向を駆動制御するアンテナ制御装置と、このアンテナ制御装置が駆動制御するスキャンパターンであって静止軌道に沿う経度方向の移動と静止軌道上の点を中心とする円運動とを組み合せて同時に行うスキャンパターンを生成するスキャン条件生成装置とを備えたことを特徴とする電波監視装置。
2. 上記スキャン条件生成装置は、上記給電部により受信する電波の受信周波数帯に基づいて、上記スキャンパターンにおける、上記経度方向の移動の速度と上記円運動の速度を設定することを特徴とする請求項１に記載の電波監視装置。
3. 上記スキャン条件生成装置は、静止軌道を挟み南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第１の交点と、その次に生じる北緯側から南緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第２の交点とのほぼ中点に、さらにその次に生じる南緯側から北緯側への移動に伴って生じる静止軌道との第３の交点が生じる上記スキャンパターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の電波監視装置。

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