JP7156454B1 - 監視システム、監視衛星、監視方法、および監視プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】静止軌道と周回軌道を含む監視領域を俯瞰的に監視することが可能な監視システム、監視衛星、監視方法、および監視プログラムを提供すること
【解決手段】本開示にかかる監視システム１００１は、地球の赤道面周回軌道に配置した複数の監視衛星１および地球上に存在する地上基地局２を備える監視システムである。地上基地局２は、複数の監視衛星１から監視情報を受信する通信部１３ｃおよび複数の監視衛星１から受信した監視情報を解析する解析部１４を備える。監視衛星１は、静止軌道の監視情報を取得する静止軌道監視部１２ａと、周回軌道の監視情報を取得する周回軌道監視部１１ａと、静止軌道監視部１２ａおよび周回軌道監視部１１ａが取得した監視情報を他の監視衛星および前記地上基地局との間で送受信する通信部１３ａとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は監視システム、監視衛星、監視方法、および監視プログラムに関する。

地球の周囲を公転する人工衛星の軌道には、静止軌道と周回軌道がある。静止軌道は、地球の赤道と同一平面上に存在する軌道であり、地球の自転周期と静止軌道上の衛星の公転周期が一致する軌道である。静止軌道上に存在する衛星は地球の自転周期と自身の公転周期が一致しているため、地球上の定点から観測すると当該衛星は静止しているように見える。静止軌道以外の軌道上に存在する衛星は、地球上の定点から観測すると、移動しているように見え、このような軌道を周回軌道と呼ぶ。周回軌道については、高度、軌道形状、および軌道傾斜角等に大きな制約はないが、一般的によく利用される周回軌道は、静止軌道よりも低い高度に設定されていることが多い。静止軌道は、例えば衛星放送用人工衛星等の地球上の特定の区域にとどまる必要のある衛星の軌道として利用されることが多い。周回軌道は、静止軌道と比較して低い高度に設定することが可能であるため、例えば、地球環境観測衛星や国際宇宙ステーションなど、多種多様な用途に利用されている。

このように地球の衛星軌道の利用は近年大きく増加しているが、同時に人工衛星の破損の原因となる宇宙ゴミの存在や、軌道の混み合い等の問題が表面化してきており、衛星軌道の監視をおこなうことが必須となってきている。

関連技術にかかる広域監視システムでは、静止軌道の監視は地上設置型望遠鏡を主力として実施されているが、日射の関係で夜間しか観測できず常続的な監視はできなかった。また、周回軌道の監視は地上設置型レーダを主力として実施されているが、この場合、視界が電波水平線に制限され、設置可能位置が大陸や島嶼等に制約される。そのため、常続的な監視は不可能であり、限られた範囲の観測データから衛星軌道を予測する必要があった。また、それに起因して静止軌道、周回軌道とも観測から次観測の期間が長くなるため、時間経過で監視精度が劣化していくという問題があった。また、次回の軌道観測範囲をこの精度劣化分を見込み大きく確保する必要があることから監視効率が悪化する問題もあった。

先行文献１には、赤道上の高度１０００～２０００ｋｍ上空に配置された複数の人工衛星同士で通信をおこない、地球上の特定緯度の領域を網羅的に監視する監視システムが開示されている。

特開２００８－１３７４３９号公報

静止軌道の高度がおおよそ３６０００ｋｍなのに対して、一般的によく利用される周回軌道の高度はおおよそ４００～２０００ｋｍであり、１８～９０倍ほどの高度差がある。また、静止軌道上の宇宙物体は地球上からみて静止しているのに対して、周回軌道上の宇宙物体は常に移動をおこなっている。これら２点の差に起因して、静止軌道を監視する場合と、周回軌道を監視する場合とでは全く異なる設備や手法が必要となる。さらに、関連技術では、いずれの場合においても、監視範囲が広大であるために監視範囲全体の監視情報を取得するのに時間がかかり、監視範囲内の領域によって、監視情報の取得時間にばらつきが出てしまっていた。つまり、関連技術には、静止軌道と周回軌道の両方を含む監視範囲を俯瞰的に監視することができないという課題があった。

先行文献１に、この課題を解決可能な技術は記載されていない。

本開示は、前述した課題を解決するためになされたものであり、静止軌道と周回軌道を含む監視領域を俯瞰的に監視することが可能な監視システム、監視衛星、監視方法、および監視プログラムを提供することを目的とするものである。

本開示にかかる監視システムは、
地球の赤道面周回軌道に配置した複数の監視衛星と、
地球上に存在する地上基地局と、を備える人工衛星の軌道の監視システムであって、
前記地上基地局は、
前記複数の監視衛星から監視情報を受信する第１の通信部と、
前記複数の監視衛星から受信した前記監視情報を解析する解析部と、を備え、
前記監視衛星は、
静止軌道の監視情報を取得する静止軌道監視部と、
周回軌道の監視情報を取得する周回軌道監視部と、
前記静止軌道監視部および前記周回軌道監視部が取得した監視情報を、他の監視衛星および前記地上基地局との間で送受信する第２の通信部とを備える監視システムである。

本開示にかかる監視衛星は、
地球の赤道面周回軌道に配置された監視衛星であって、
静止軌道の監視情報を取得する静止軌道監視部と、
周回軌道の監視情報を取得する周回軌道監視部と、
前記静止軌道監視部および前記周回軌道監視部が取得した前記監視情報を、少なくとも地上基地局に対して送信する通信部とを備える監視衛星である。

本開示にかかる監視方法は、
人工衛星の軌道の監視方法であって、
地球の赤道面周回軌道に配置した複数の監視衛星が、静止軌道の監視情報を取得するステップと、
周回軌道の監視情報を取得するステップと、
取得された前記監視情報を地上基地局に送信するステップとを実行し、
前記地上基地局が、複数の前記監視衛星が取得した監視情報を集約して解析する監視方法である。

本開示にかかる監視プログラムは、
地球の赤道面周回軌道に配置した監視衛星に搭載されたコンピュータを制御する監視プログラムであって、
前記コンピュータに、静止軌道の監視情報を取得するステップと、
周回軌道の監視情報を取得するステップと、
取得された前記監視情報を、地上基地局に対して送信するステップとを実行させる監視プログラムである。

本開示により、静止軌道と周回軌道の両方を含む監視範囲を俯瞰的に監視することが可能な監視システム、監視衛星、監視方法、および監視プログラムを提供することができる。

実施の形態１にかかる監視システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる監視システムの位置関係を示す俯瞰図である。 実施の形態２にかかる監視システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる静止軌道監視の動作を説明するための断面図である。 実施の形態２にかかる静止軌道監視の動作を説明するための断面図である。 実施の形態２にかかる静止軌道監視の動作を説明するための断面図である。 実施の形態２にかかる静止軌道監視の動作を説明するための模式図である。 実施の形態２にかかる静止軌道監視の動作を説明するための模式図である。 実施の形態２にかかる静止軌道監視の動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２にかかる周回軌道監視の動作を説明するための断面図である。 実施の形態２にかかる周回軌道監視の動作を説明するための俯瞰図である。 実施の形態２にかかる周回軌道監視の動作を説明するための俯瞰図である。 実施の形態２にかかる周回軌道監視の動作を説明するための模式図である。 実施の形態２にかかる周回軌道監視の動作を説明するための模式図である。 実施の形態２にかかる周回軌道監視の動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２にかかる衛星間通信の動作を説明するための模式図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる監視システムの構成を示すためのブロック図である。本実施の形態にかかる監視システム１００１は、複数の監視衛星１ａ及びｂと、地上基地局２と、を備える。なお、図１では、簡単のため監視衛星が２機しか記載されていないが、監視衛星の数は２機には限られず、３機以上であってもよい。監視衛星１ａは、地球の赤道面周回軌道上に投入された人工衛星であり、周回軌道監視部１１ａ、静止軌道監視部１２ａ、および通信部１３ａを備える。監視衛星１ｂは、監視衛星１ａと同様の構成をしている。また、地上基地局２は、地球上に設置された人工衛星の基地局であり、通信部１３ｃ及び解析部１４を備える。監視衛星１ａ及びｂは静止軌道および周回軌道の監視情報を取得し、取得した監視情報を地上基地局２に集約する。

周回軌道監視部１１ａは、周回軌道の監視情報を取得する。周回軌道監視部１１ａは、例えば、望遠鏡、カメラや監視情報の処理部を含む。周回軌道監視部１１ａは、取得した監視情報を通信部１３ａに出力する。

静止軌道監視部１２ａは、静止軌道の監視情報を取得する。静止軌道監視部１２ａは、例えば、望遠鏡、カメラや監視情報の処理部を含む。静止軌道監視部１２ａは、取得した監視情報を通信部１３ａに出力する。

通信部１３ａは、監視衛星１ｂおよび地上基地局２と通信をおこなう通信機である。通信部１３ａは、周回軌道監視部１１ａおよび静止軌道監視部１２ａから入力した監視情報を、監視衛星１ｂおよび地上基地局２に送信する。また、通信部１３ａは、監視衛星１ｂが取得した監視情報を取得する。

通信部１３ｃは、監視衛星１ａ及び１ｂと通信をおこなう通信機である。通信部１３ｃは、監視衛星１ａ及びｂから、監視衛星１ａ及びｂが取得した監視情報を受信する。通信部１３ｃは、受信した監視情報を解析部１４に出力する。

解析部１４は、監視衛星１ａ及びｂが取得した監視情報を通信部１３ｃから入力し、それらを集約して解析する。解析部１４は、複数の監視衛星が取得した情報を集約して解析することで、監視範囲内の領域毎の監視情報の取得時間のばらつきを抑制することができる。

本実施の形態１にかかる監視システム１００１によれば、複数の監視衛星が、周回軌道と静止軌道のそれぞれから監視情報を取得し、地上基地局において、これらの監視情報に基づいて監視する構成としているので、静止軌道と周回軌道の両方を含む監視範囲を俯瞰的に監視することができる。

実施の形態２．
以下、図２～１２を参照して本実施の形態について詳しく説明する。図２は本実施の形態にかかる監視システムおよび監視範囲の位置関係を説明するための俯瞰図である。図２は、紙面が赤道面と平行になるように図示されている。監視システム１００２（図３参照）は、監視衛星１および地上基地局２を備えている。監視衛星１は、地球Ｅの赤道面周回軌道１０１上に投入された人工衛星である。本実施の形態では、１２機の監視衛星１が、赤道面周回軌道１０１に投入され、それらの公転周期は１２０分であるとする。なお、台数および公転周期はこの値に限定されるものでなく、適宜調整可能である。また、監視衛星１は、静止軌道１０２よりも低く、監視対象の周回軌道１０３よりも高い高度の軌道１０１を周回することが好ましい。監視衛星１を、このような高度に投入することによって、静止軌道１０２の監視情報の精度が向上し、監視可能な周回軌道１０３の範囲を広げることができる。さらに、これらの監視衛星１は等間隔で配置されていることが好ましい。なお、ここでいう等間隔とは、完全に同一の間隔である必要はなく、ある程度長さが異なっていてもよい。このような配置にすることによって、監視が必要な範囲を効率的に監視することができる。監視衛星１は、静止軌道と周回軌道を含む監視範囲の監視情報を取得し、取得された監視情報は、地上基地局２に集約される。地上基地局２は、地球Ｅ上に位置する施設である。具体的には、地上基地局２は、赤道面周回軌道１０１上を公転する監視衛星１からの監視情報を受信可能な地球上の地域に位置している。

図３は、本実施の形態にかかる監視システム１００２の構成を説明するためのブロック図である。前述したとおり、監視システム１００２は、監視衛星１および地上基地局２を備えている。図３では、簡単のため、図中には監視衛星１が監視衛星１ａ及びｂの２機しか記載されていないが、実際には前述したように、監視システム１００２は１２機の監視衛星１を備えている（すなわち、監視衛星１ａ～１ｌを備えている）。なお、１２機の監視衛星１は全て同様の構成をしている。監視衛星１ａは、静止軌道監視センサ１５ａ、周回軌道監視センサ１６ａ、衛星側通信部１７ａ、および制御部１８ａを備えている。また、地上基地局２は、基地局側通信部１９及び広域監視処理装置２０を備えている。

本実施の形態にかかる静止軌道監視センサ１５ａは、図１に示す静止軌道監視部１２ａに相当し、例えば天体望遠鏡である。静止軌道監視センサ１５ａは、監視衛星１ａから見て天頂方向に位置する静止軌道上の区間２０１ａを撮影する（図４参照）。なお、区間２０１ａは、静止軌道上の固定された区間ではなく、監視衛星１ａの公転運動に伴って移動する。静止軌道監視センサ１５ａは、記録した映像を静止軌道１０２の監視情報として、制御部１８ａに出力する。

周回軌道監視センサ１６ａは、図１に示す周回軌道監視部１１ａに相当し、例えば天体望遠鏡である。周回軌道監視センサ１６ａは、視野９０１ａ（図９及び１０参照）に含まれる領域を撮影しており、特に、後述する領域５０１ａ（図１１参照）を撮影している。なお、視野９０１ａおよび領域５０１ａは、地球からみて固定された領域ではなく、監視衛星１ａの公転運動に伴って移動する。周回軌道監視センサ１６ａは、記録した映像を周回軌道１０３の監視情報として、制御部１８ａに出力する。

ここで、本実施の形態にかかる監視衛星１は、第１の天体望遠鏡と第２の天体望遠鏡を備え、第１の天体望遠鏡は第２の天体望遠鏡よりも高い集光力を有し、第２の天体望遠鏡は第１の天体望遠鏡よりも広い視野角を有していてもよい。そして、監視衛星１は、第１の天体望遠鏡を静止軌道監視センサ１５ａとして用い、第２の天体望遠鏡を周回軌道監視センサ１６ａとして用いてもよい。本開示にかかる監視システム１００２を適用する典型的な例において、監視衛星１ａと静止軌道１０２の距離と、監視衛星１ａと周回軌道１０３の距離と、を比較すると、前者のほうがより大きい。そのため、静止軌道監視センサ１５ａは、周回軌道監視センサ１６ａよりも高い集光力を有していることが好ましい。一方、後ほど詳しく説明するが、静止軌道監視センサ１５ａは静止軌道の少なくとも１点を撮影できていればそれでよく、周回軌道監視センサ１６ａは視野角が大きいほど監視範囲を広くすることができる。そのため、周回軌道監視センサ１６ａは、静止軌道監視センサ１５ａよりも広い視野角をもっていることが好ましい。

衛星側通信部１７ａは、他の監視衛星１および地上基地局２と通信をおこなう通信機である。ここで、衛星側通信部１７ａはレーザ光を用いて通信をおこなってもよい。衛星側通信部１７ａは、制御部１８ａの制御に基づいて通信をおこなう。具体的には、衛星側通信部１７ａは制御部１８ａによって決定された送信先（他の監視衛星１もしくは地上基地局２）に、制御部１８ａから入力した監視情報を送信する。また、衛星側通信部１７ａは、他の監視衛星１から監視情報を受信し、地上基地局２からコマンドを受信する。衛星側通信部１７ａはこれらを受信すると、受信した情報を制御部１８ａに出力する。

制御部１８ａは、監視衛星１ａの動作を制御するコンピュータである。具体的には、制御部１８ａは、静止軌道監視センサ１５ａおよび周回軌道監視センサ１６ａから、これらの取得した監視情報を入力する。さらに、制御部１８ａは、取得した監視情報を衛星側通信部１７ａに出力し、自身の決定した送信先に送信させる（送信先の決定方法については、後ほど詳しく説明する）。この時、制御部１８ａは、静止軌道監視センサ１５ａおよび周回軌道監視センサ１６ａの取得した監視情報に、他の監視衛星１から受信した監視情報を添付して送信してもよい。また、制御部１８ａは、地上基地局２から送信されたコマンドを衛星側通信部１７ａから入力した時、そのコマンドを実行する。

基地局側通信部１９は、地上基地局２に備えられた通信装置であり、典型的には、パラボラアンテナを備えた通信装置である。基地局側通信部１９は、監視衛星１と通信をおこなう。具体的には、監視衛星１から、監視衛星１が取得した監視情報を受信して、広域監視処理装置２０に出力する。また、広域監視処理装置２０から、監視衛星に対するコマンドが出力された時は、それを監視衛星１に送信する。

広域監視処理装置２０は、基地局側通信部１９から入力した監視情報を解析する。具体的には、広域監視処理装置２０は、基地局側通信部１９が受信した複数の監視衛星１の取得した情報を集約し、それらを解析する。また、広域監視処理装置２０は、監視衛星１に対するコマンドを出力してもよい。広域監視処理装置２０は、典型的には地上基地局２に備え付けられたコンピュータである。

続いて、図３～１５を用いて、監視システム１００２が静止軌道および周回軌道を監視する動作について詳細に説明する。まず始めに、図３～６を用いて、静止軌道の監視方法について詳しく説明する。静止軌道を監視するにあたっては、前述したように複数の監視衛星１が、可能な限り等しい間隔で赤道面周回軌道上に配置されていることが好ましい。また、静止軌道監視センサ１５ａが、天頂方向の静止軌道１０２を監視し、衛星側通信部１７ａが、静止軌道１０２が取得した監視情報を、他の監視衛星１もしくは地上基地局２に所定の周期で送信するとよい。さらに、所定の周期は、監視衛星１の公転周期を監視衛星１の数で割った商として定めるのがよい。

図４、５Ａ及びＢは、監視システム１００２、地球Ｅ、静止軌道１０２を赤道面で切ったときの断面図である。なお、簡単のため、図は一部省略している。静止軌道を監視するにあたって、監視衛星１ａ～１ｌの１２機の監視衛星はほぼ等間隔で、軌道１０１上を公転している。前述したように、静止軌道監視センサ１５ａは、図４に示すように、監視衛星１ａから見て天頂方向にある静止軌道１０２上の区間２０１ａを監視している。

ここで、静止軌道１０２の全長距離と区間２０１ａの距離を比較すると、区間２０１ａの距離は無視できるほど小さい。そこで、図５ａのように、区間２０１ａは、静止軌道監視センサ１５ａが観測する静止軌道１０２上の観測点３０１ａとして考えても差し支えがない。ここで、観測点３０１ａは地球の中心点Ｇと、監視衛星１ａを通る直線が静止軌道１０２と交わる点であるといえる。この観測点３０１ａは、監視衛星１ａが軌道１０１を公転するのに伴って静止軌道１０２上を移動する。静止軌道監視センサ１５ａは、この観測点３０１ａを観測し続ける。

図５Ｂは、図５Ａから所定の時間が経過した時の監視衛星と、観測点３０１ａの位置を示している。ここでいう、所定の時間とは、監視衛星１の公転周期（１２０分）を監視衛星１の数（１２機）で割った時間であり、つまりは１０分である。図５ａから１０分が経過すると、監視衛星１ａは地球の中心点Ｇから見て３０度（図５ａ及びｂの角度αに対応）移動し、図５ａにおける監視衛星１ｂの位置に移動する。これに伴って観測点３０１ａも静止軌道１０２上を移動する。ここで、図５Ｂ中の地点４０１ａは図５Ａの時点における観測点３０１ａの地点を表しており、地点４０２ａは図５Ｂの時点における観測点３０１ａの地点を表している。つまり、観測点３０１ａは、当該の１０分の間に地点４０１ａから地点４０２ａまでの区間２０２ａを移動しており、静止軌道監視センサ１５ａはこの区間２０２ａの監視情報を取得していることになる。

監視衛星１ｂ～1ｌも、監視衛星１ａと同様に、当該の１０分間に区間２０２ｂ～ｌの監視情報を取得している。その様子を表したのが図６である。図６は、軌道１０１および静止軌道１０２上の位置を地球の中心点Ｇから観測した角度に対応させた図である。図６における１０１ａは図５Ａの時点における軌道１０１を、１０１ｂは図５Ｂの時点における軌道１０１を表している。なお、基準点は、図５Ａ時点における監視衛星１ａの位置を０度としている。図６を見ると、図５Ａ時点では０度地点にいた監視衛星１ａが、図５ｂ時点では３０度地点に移動していることがわかる。さらに、静止軌道上の観測点３０１ａも０度地点から３０度地点に移動していることがわかる。これと同様に、観測点３０１ｂ～ｌも１０分の間にそれぞれ３０度ずつ移動しており、これに対応する静止軌道１０２上の区間の監視情報を取得している。ここで、図６に示す通り、観測点３０１ａ～ｌが移動した区間（すなわち１２機の監視衛星１が監視情報を取得した区間）を合計すると、静止軌道の全区間と一致する。つまり、本実施の形態にかかる監視衛星１ａ～1ｌの監視情報を合わせると、１０分毎に静止軌道１０２全域の監視情報を取得することができる。よって、監視衛星１ａ～1ｌが取得した監視情報を、後述の動作によって地上基地局２に集約し、解析をおこなうことで、１０分毎に静止軌道１０２の全領域の監視情報を提供することができる。

１機の監視衛星１で静止軌道１０２を監視した場合、提供される静止軌道１０２の監視情報は、その取得時間が領域によって最大１２０分ほどばらついてしまう。しかしながら、上述したように静止軌道１０２を監視することによって、監視情報の取得時間のばらつきは１０分まで抑制することが可能で、結果として、監視情報の精度が向上する。

地上基地局２は、監視衛星１ａ～1ｌが取得した監視情報に基づいて、静止軌道上に存在する宇宙物体６０１（図７参照）の監視をおこなう。以下、地上基地局２が静止軌道を監視する際の処理を説明する。図８は、地上基地局２の静止軌道監視の処理を示すフローチャートである。まず始めに、地上基地局２は、監視衛星１ａ～1ｌが取得した監視情報に基づいて静止軌道１０２全域の監視情報を取得する（Ｓ１）。次に、地上基地局２は、取得した静止軌道１０２全域の監視情報に基づいて、宇宙物体６０１の存在を認識する（Ｓ２）。地上基地局２は、静止軌道衛星のリストを参照し、宇宙物体６０１がリストに記載されているかどうかを判定する（Ｓ３）。宇宙物体６０１がリストに記載されていなかった場合、地上基地局２は、宇宙物体６０１を不明目標として登録し、識別子の付与をおこなう（Ｓ４）。また、宇宙物体６０１を不明目標として登録した時、地上基地局２は、宇宙物体６０１の周囲を飛行する人工衛星に対して、警告を通知してもよい。

続いて、図９～１４を用いて、監視システム１００２が、周回軌道の監視情報を取得する動作について、詳しく説明する。周回軌道は、軌道高度、軌道傾斜角とも多種多様なので、単一の周回軌道監視センサ１６ａ～ｌで、軌道を特定することができない。そのため、監視システム１００２は、各周回軌道監視センサ１６ａ～ｌが監視している領域を重複させることで、全監視領域が最低２つの周回軌道監視センサ１６ａ～ｌによって監視されているようにし、複数の監視衛星１の監視情報に基づき、交会法を用いて監視領域内の宇宙物体の位置を特定する。

図９及び１０は、周回軌道監視センサ１６ａの視野を説明するための図である。図９は、監視衛星１ａ、地球Ｅ、および周回軌道１０１を、地軸Aと監視衛星１ａを含む平面で切ったときの断面図である。図９によると、本実施の形態にかかる周回軌道監視センサ１６ａは、北極方向の宇宙に視野９０１ａを向けており、視野に地球が入り込まないようにしている。このように周回軌道監視センサ１６ａの視野を設定することで、地球表面の太陽光反射や、地球輻射に起因する観測ノイズを抑制することができ、微小な宇宙物体を観測することができる。図１０は、監視衛星１ａ、地球Ｅ、および周回軌道１０１を、北極点上空から見た時の俯瞰図である。図１０によると、本実施の形態にかかる周回軌道監視センサ１６ａは、北極点方向を中心として視野９０１ａを向けていることがわかる。

周回軌道監視センサ１６ｂ～ｌも、周回軌道監視センサ１６ａと同様に視野９０１ｂ～ｌを有している。さらに、本実施の形態にかかる周回軌道監視センサ１６ａ～ｌは、隣り合う周回軌道監視センサ同士で視野を重複させている。図１１は、周回軌道監視センサ１６ａの視野９０１ａが、監視衛星１ａと隣り合う監視衛星１ｂ及び１ｌに搭載された周回軌道監視センサ１６ｂ及びｌの視野９０１ｂ及びｌと重複していることを示した図である。図１１によると、視野９０１ａは領域５０１ａにおいて、視野９０１ｂまたはｌのいずれかと重複している。本実施の形態にかかる監視衛星１ａは、この領域５０１ａを自身に割り当てられた監視領域として設定し、この領域内を通過する宇宙物体を監視対象としている。なお、本実施の形態では、この監視領域５０１ａが、地球の中心点Ｇから観測したときに、監視衛星１ａを中心として６０度の角度に渡って存在するように視野９０１ａ、ｂ、及びｌを調整している。

監視衛星１ａは監視領域５０１ａを監視しているが、監視衛星１ｂ～1ｌもこれと同様の形状の領域５０１ｂ～ｌを監視しており、それぞれの監視領域は隣り合う領域同士が重なり合っている。その様子を示したのが、図１２である。図１２は、監視衛星１ａ～１ｌおよび監視領域５０１ａ～ｌの位置を地球の中心点Ｇから観測した角度に対応させた図である。なお、基準点は、監視衛星１ａの位置を０度としている。図１２を見ると、監視衛星１ｂは３０度の地点に、また、監視衛星１ｌは３３０度の地点に存在している。また、先ほど図１１で図示した監視領域５０１ａについても３３０度から３０度の領域にまたがって存在していることがわかる（なお、図では途中で途切れている）。図１２によると前述したとおり、隣り合う監視領域同士が重なり合っている。例えば、３０度から６０度の領域では、監視領域５０１ｂおよび監視領域５０１ｃが重なり合っているし、１５０度から１８０度の地点では、監視領域５０１ｆおよび監視領域５０１ｇが重なり合っている。

このような構成にすることによって、監視領域５０１ａ～ｌを足し合わせた監視領域内のどの地点を宇宙物体が通過しても、必ず２機の監視衛星１で宇宙物体を監視することができる。図１３は、監視衛星１ａ及び１ｂが２機で、宇宙物体６０２を監視している様子を表している。

図１４は、宇宙物体６０２の監視情報を取得してからの地上基地局２の処理を示すフローチャートである。監視衛星１ａ及び１ｂの宇宙物体６０２の監視情報は、後述する動作によって、地上基地局２に集められ、広域監視処理装置２０に入力される（Ｓ１）。広域監視処理装置２０は、監視衛星１ａ及び１ｂの２機からの監視情報に基づいて、交会法を用いて宇宙物体６０２の座標を割り出す（Ｓ２）。次に、広域監視処理装置２０は、宇宙物体の座標を時間毎にプロットすることによって、宇宙物体６０２が飛行している周回軌道を推定する（Ｓ３）。宇宙物体６０２の軌道を推定すると、広域監視処理装置２０は周回軌道衛星のリストを参照し、宇宙物体６０２がリストに記載されているかどうかを判定する（Ｓ４）。宇宙物体６０２がリストに記載されていなかった場合、広域監視処理装置２０は、宇宙物体６０２を不明目標として登録し、識別子の付与をおこなう（Ｓ５）。また、宇宙物体６０２を不明目標として登録した時、広域監視処理装置２０は、宇宙物体６０２の周囲を飛行する人工衛星に対して、警告を通知してもよい。

このような構成にすることによって、軌道高度、軌道傾斜角とも多種多様な周回軌道１０３の監視精度を高めることができる。

続いて、監視衛星１ａ～１ｌが各々の取得した監視情報を地上基地局２に集約する動作について、図１５を用いて詳しく説明する。図１５は、監視衛星１ａ～１ｌと地上基地局２の位置関係を示す模式図である。なお、簡単のために地球Ｅも軌道１０１も直線状に記載しているが、実際は当然円形である。本実施の形態にかかる監視システム１００２は、監視情報を１つの監視衛星１に集約し、当該監視衛星１が地上基地局２に対してまとめて監視情報を送信する。さらに詳しく言うと、監視システム１００２は、監視情報を地上基地局２にもっとも近い距離に位置する監視衛星１に集約し、当該監視衛星１が地上基地局２に対してまとめて監視情報を送信する。

図１５の点７０１ａ～ｌは、それぞれ監視衛星１ａ～１ｌが取得した監視情報を表している。前述したように、監視衛星１ａ～１ｌは、地上基地局２に最も近い監視衛星１に各々が取得した監視情報７０１ａ～ｌを集約する。図１５の場合、監視衛星１ｇが最も地上基地局２に距離が近いので、監視衛星１ａ～１ｌは、監視衛星１ｇに監視情報７０１ａ～ｌを集約する。なお、監視衛星１ａ～１ｌは公転しているので、地上基地局２に最も距離の近い監視衛星１は、時間の経過に従って順次入れ替わっていく。監視衛星１ａ～１ｌは、監視衛星１ｇに情報を集約する時に、遠い監視衛星から順次、隣の監視衛星に情報を送信していく。たとえば、監視衛星１ａが取得した監視情報７０１ａが、監視衛星１ｇまで到達する様子を示す。監視衛星１ａは、取得した監視情報７０１ａを、隣接する監視衛星１ｂに送信する。監視情報７０１ａを受信した監視衛星１ｂは、これに自身の取得した監視情報７０１ｂを追加して、次に隣接する監視衛星１ｃへと送信する。これを繰り返すことによって、最終的に監視情報７０１ａは、監視情報７０１ｂ～ｆを追加された状態で、監視衛星１ｆから監視衛星１ｇに送信される。同様の処理で、監視情報７０１ｈ～ｌも監視衛星１ｇに集約される。監視情報７０１ａ～ｌまでの監視情報を取得した監視衛星１ｇはこれらをまとめて地上基地局２に送信する。地上基地局２は受信した監視情報７０１ａ～ｌを前述したように解析する。

また、監視衛星１ａ～１ｌは、監視情報７０１ａ～ｌを送信するときに、自らのテレメトリ情報を添付してもよい。

逆に、地上基地局２から監視衛星１ａ～１ｌにコマンドを送信するときは、地上基地局２が最も距離の近い監視衛星１にコマンドを送信し、コマンドを受信した監視衛星１が隣接する監視衛星１に対して、順次コマンドを転送していくようにしてもよい。また、監視衛星１の間で通信トラブルが発生した場合は、それぞれの監視衛星が地上基地局２に最も近づいた時に１機ずつ通信修正コマンドを送信するようにするとよい。

このような構成にすることによって、監視システム１００２は、地上基地局２に監視衛星１ａ～１ｌの監視情報を効率的に集約することができる。

以上をまとめると、本実施の形態２にかかる監視システム１００２は、静止軌道と周回軌道を含む監視領域を俯瞰的に監視することが可能であり、監視情報の精度を向上させることができる。

その他の実施の形態．
監視システム１００２は、衛星打ち上げロケットを周回軌道監視センサ１６ａによって継続追尾することで、人工衛星の新規軌道参入と打上基地情報と紐づけされた宇宙物体識別情報を生成するようにしてもよい。このようにすることで、新規に軌道に投入された宇宙物体を確実に識別することができる。

監視システム１００２は、監視衛星１に船舶自動識別信号受信機を装備することで、監視衛星１の観測範囲内を航行する船舶自己位置通報を収集し、海洋ドメイン情報を生成してもよい。

監視システム１００２は、監視衛星１に航空機自動識別信号受信機を装備することで、監視衛星１の観測範囲内を飛行する航空機自己位置通報を収集し、航空ドメイン情報を生成してもよい。

前述までの実施の形態に記載された監視衛星１の動作は、監視衛星１の制御部１８に搭載されたプログラムによって実行されてもよい。

なお、プログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
地球の赤道面周回軌道に配置した複数の監視衛星と、
地球上に存在する地上基地局と、を備える人工衛星の軌道の監視システムであって、
前記地上基地局は、
前記複数の監視衛星から監視情報を受信する第１の通信部と、
前記複数の監視衛星から受信した前記監視情報を解析する解析部と、を備え、
前記監視衛星は、
静止軌道の監視情報を取得する静止軌道監視部と、
周回軌道の監視情報を取得する周回軌道監視部と、
前記静止軌道監視部および前記周回軌道監視部が取得した監視情報を、他の監視衛星および前記地上基地局との間で送受信する第２の通信部とを備える監視システム。
（付記２）
前記監視衛星が、第１の撮影手段と第２の撮影手段を備え、
前記第１の撮影手段は、前記第２の撮影手段よりも高い集光力を有し、
前記第２の撮影手段は、前記第１の撮影手段よりも広い視野角を有しており、
前記第１の撮影手段を前記静止軌道監視部として用い、
前記第２の撮影手段を前記周回軌道監視部として用いる付記１に記載の監視システム。
（付記３）
前記監視衛星が、
静止軌道よりも低く、
監視対象の周回軌道よりも高い高度の軌道上を周回する付記１又は２に記載の監視システム。
（付記４）
前記通信部が、レーザ光を用いて、他の前記周回衛星もしくは、前記基地局と通信を行う付記１及至３のいずれか１項に記載の監視システム。
（付記５）
前記監視情報を他の監視衛星から１つの前記監視衛星に集約し、当該監視衛星が前記地上基地局に対してまとめて前記監視情報を送信する付記１及至４のいずれか１項に記載の監視システム。
（付記６）
前記監視情報を前記地上基地局にもっとも近い距離に位置する前記監視衛星に集約し、当該監視衛星が前記地上基地局に対してまとめて前記監視情報を送信する付記５に記載の監視システム。
（付記７）
複数の前記周回衛星が、該当周回衛星から遠い前記周回衛星から順次中継しながら、前記周回衛星が取得した監視情報を送信することで、その時点で最も前記基地局に近い距離に位置する１つの周回衛星に監視情報を集約する付記１及至６のいずれか１項に記載の監視システム。
（付記８）
複数の前記監視衛星が、等間隔で赤道面周回軌道上に配置され、
前記静止軌道監視部が、天頂方向の前記静止軌道を監視し、
前記通信部が、前記静止軌道監視部が取得した監視情報を、他の監視衛星もしくは前記地上基地局に所定の周期で送信し、
前記所定の周期が、前記監視衛星の公転周期を前記監視衛星の数で割った商として定められる付記１及至７のいずれか１項に記載の監視システム。
（付記９）
複数の前記周回軌道監視部が取得した監視情報に基づいて、前記地上基地局が交会法を用いて宇宙物体の位置を特定する付記１及至８のいずれか１項に記載の監視システム。
（付記１０）
前記周回軌道監視部が衛星打ち上げロケットを打ち上げ時から継続追尾し、
前記衛星打ち上げロケットによって軌道投入された人工衛星の軌道情報と、前記衛星打ち上げロケットを打ち上げた打ち上げ基地局の情報と、を関連付けて記録する付記１及至９のいずれか１項に記載の監視システム。
（付記１１）
前記周回軌道監視部が、海上を航行する船舶の位置を取得する付記１及至１０のいずれか１項に記載の監視システム。
（付記１２）
前記周回軌道監視部が、飛行する航空機の位置を取得する付記１及至１１のいずれか１項に記載の監視システム。
（付記１３）
地球の赤道面周回軌道に配置された監視衛星であって、
静止軌道の監視情報を取得する静止軌道監視部と、
周回軌道の監視情報を取得する周回軌道監視部と、
前記静止軌道監視部および前記周回軌道監視部が取得した前記監視情報を、少なくとも地上基地局に対して送信する通信部とを備える監視衛星。
（付記１４）
人工衛星の軌道の監視方法であって、
地球の赤道面周回軌道に配置した複数の監視衛星が、静止軌道の監視情報を取得するステップと、
周回軌道の監視情報を取得するステップと、
取得された前記監視情報を地上基地局に送信するステップとを実行し、
前記地上基地局が、複数の前記監視衛星が取得した監視情報を集約して解析する監視方法。
（付記１５）
地球の赤道面周回軌道に配置した監視衛星に搭載されたコンピュータを制御する監視プログラムであって、
前記コンピュータに、静止軌道の監視情報を取得するステップと、
周回軌道の監視情報を取得するステップと、
取得された前記監視情報を、地上基地局に対して送信するステップとを実行させる通信監視プログラム。

１、１ａ～ｌ 監視衛星
２ 地上基地局
１１、１１ａ、１１ｂ 周回軌道監視部
１２、１２ａ、１２ｂ 静止軌道監視部
１３、１３ａ～ｃ 通信部
１４ 解析部
１５ａ、１５ｂ 静止軌道監視センサ
１６ａ～ｌ 周回軌道監視センサ
１７ａ、１７ｂ 衛星側通信部
１８ａ、１８ｂ 制御部
１９ 基地局側通信部
２０ 広域監視処理装置
１０１ 赤道面周回軌道
１０２ 静止軌道
１０３ 周回軌道
２０１ａ 静止軌道監視区間
２０２ａ 静止軌道監視区間
３０１ａ～ｌ 静止軌道観測点
４０１ａ 静止軌道監視点の移動始点
４０２ａ 静止軌道監視点の移動終点
５０１ａ～ｌ 周回軌道監視領域
６０１ 静止軌道上宇宙物体
６０２ 周回軌道上宇宙物体
７０１ａ～ｌ 監視情報
９０１ａ～ｌ 周回軌道監視センサの視野
１００１、１００２ 監視システム
Ｅ 地球
Ｇ 地球の中心点
Ｎ 北極点
Ａ 地軸

Claims (10)

1. 地球の赤道面周回軌道に配置した複数の監視衛星と、
   地球上に存在する地上基地局と、を備える人工衛星の軌道の監視システムであって、
   前記地上基地局は、
   前記複数の監視衛星から監視情報を受信する第１の通信部と、
   前記複数の監視衛星から受信した前記監視情報を解析する解析部と、を備え、
   前記監視衛星は、
   静止軌道の監視情報を取得する静止軌道監視部と、
   周回軌道の監視情報を取得する周回軌道監視部と、
   前記静止軌道監視部および前記周回軌道監視部が取得した監視情報を、他の監視衛星および前記地上基地局との間で送受信する第２の通信部とを備える監視システム。
2. 前記監視衛星が、第１の撮影手段と第２の撮影手段を備え、
   前記第１の撮影手段は、前記第２の撮影手段よりも高い集光力を有し、
   前記第２の撮影手段は、前記第１の撮影手段よりも広い視野角を有しており、
   前記第１の撮影手段を前記静止軌道監視部として用い、
   前記第２の撮影手段を前記周回軌道監視部として用いる請求項１に記載の監視システム。
3. 前記監視衛星が、
   静止軌道よりも低く、
   監視対象の周回軌道よりも高い高度の軌道上を周回する請求項１又は２に記載の監視システム。
4. 前記監視情報を他の監視衛星から１つの前記監視衛星に集約し、当該監視衛星が前記地上基地局に対してまとめて前記監視情報を送信する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の監視システム。
5. 前記監視情報を前記地上基地局にもっとも近い距離に位置する前記監視衛星に集約し、当該監視衛星が前記地上基地局に対してまとめて前記監視情報を送信する請求項４に記載の監視システム。
6. 複数の前記監視衛星が、等間隔で赤道面周回軌道上に配置され、
   前記静止軌道監視部が、天頂方向の前記静止軌道を監視し、
   前記第２の通信部が、前記静止軌道監視部が取得した監視情報を、他の監視衛星もしくは前記地上基地局に所定の周期で送信し、
   前記所定の周期が、前記監視衛星の公転周期を前記監視衛星の数で割った商として定められる請求項１乃至５いずれか１項に記載の監視システム。
7. 複数の前記周回軌道監視部が取得した監視情報に基づいて、前記地上基地局が交会法を用いて宇宙物体の位置を特定する請求項１乃至６いずれか１項に記載の監視システム。
8. 地球の赤道面周回軌道に配置された監視衛星であって、
   静止軌道の監視情報を取得する静止軌道監視部と、
   周回軌道の監視情報を取得する周回軌道監視部と、
   前記静止軌道監視部および前記周回軌道監視部が取得した前記監視情報を、少なくとも地上基地局に対して送信する通信部とを備える監視衛星。
9. 人工衛星の軌道の監視方法であって、
   地球の赤道面周回軌道に配置した複数の監視衛星が、静止軌道の監視情報を取得するステップと、
   周回軌道の監視情報を取得するステップと、
   取得された前記監視情報を地上基地局に送信するステップとを実行し、
   前記地上基地局が、複数の前記監視衛星が取得した監視情報を集約して解析する監視方法。
10. 地球の赤道面周回軌道に配置した監視衛星に搭載されたコンピュータを制御する監視プログラムであって、
    前記コンピュータに、静止軌道の監視情報を取得するステップと、
    周回軌道の監視情報を取得するステップと、
    取得された前記監視情報を、地上基地局に対して送信するステップとを実行させる監視プログラム。

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