WO2021059424A1 - 人工衛星の可視割り当て装置、人工衛星運用システム、可視割り当て方法およびプログラム - Google Patents

人工衛星の可視割り当て装置、人工衛星運用システム、可視割り当て方法およびプログラム Download PDF

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WO2021059424A1
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visible
time
unit
satellite
units
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岳宏 西山
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三菱電機株式会社
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    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1085—Swarms and constellations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G3/00—Observing or tracking cosmonautic vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/242—Orbits and trajectories
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/66—Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to an artificial satellite visible allocation device, an artificial satellite operation system, a visible allocation method and a program.
  • Tracking artificial satellites in orbit, monitoring their status, and sending and receiving data is called tracking control operation. Tracking and control operations are performed using the antenna equipment of ground stations on the ground and data relay satellites in geostationary orbit (hereinafter collectively referred to as "stations"). Normally, the artificial satellite and the station are not one-to-one, and a plurality of stations are used for tracking control operation of a plurality of artificial satellites.
  • the time zone during which the artificial satellite and the station can communicate is called visible time or simply visible. Since the visible time changes depending on the orbital conditions of the artificial satellite, it is decided daily or at any time which station is used and which artificial satellite is operated. This is called visible allocation.
  • a processing sequence table is created based on a table that specifies the priority of stations and the priority of artificial satellites for each station, and the visible time overlaps in the order specified in the processing sequence table. It is known that the visible allocation is performed so as not to be performed (see, for example, Patent Document 1).
  • the visible allocation device disclosed in Patent Document 1 depending on the content of the priority setting, the visible allocation is biased to some artificial satellites, which may result in inefficiency. Further, according to the visible allocation device disclosed in Patent Document 2, since the visible time to be allocated is fixed, allocation cannot be performed when the visible times overlap, which may result in inefficiency.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to enable efficient visible allocation without biasing the visible allocation to some satellites.
  • the visible allocation device for an artificial satellite includes a visible unit setting unit, a visible unit selection unit, and an optimum calculation unit.
  • the visible unit setting unit is a visible unit including a combination of one or more satellites and one or more stations capable of communicating with the satellite, a lower limit of the visible start time, and an upper limit of the visible end time from the visible information.
  • the visible unit selection unit sets one or more combinations of visible units from the visible units set in the visible unit setting unit.
  • the optimum calculation unit sets the visible start time and visible end time within the range that satisfies the constraints including the visible time, the visible interval, the lower limit of the visible start time, and the upper limit of the visible end time for each combination of visible units.
  • the visible unit selection unit determines whether or not the visible start time and visible end time can be set by the optimum calculation unit from the set combinations of visible units, and the visible start time set when it is determined that the setting is possible. And select the combination of visible units to use based on the visible end time.
  • the visible start time and the visible end time are set to the result of determination of whether the visible start time and the visible end time can be set and the visible start time and the visible end time set by the optimization calculation for the combination of visible units. Based on, select the combination of visible units to use. Therefore, efficient allocation that effectively utilizes the visible time becomes possible.
  • the figure which shows the hardware configuration of the visible assignment apparatus shown in FIG. The figure which shows the functional configuration of the visible assignment apparatus shown in FIG.
  • FIG. 8 in a time chart format.
  • the figure which shows the functional structure of the AOS / LOS time optimum calculation part shown in FIG. The figure which shows the functional structure of the evaluation index setting part shown in FIG.
  • Flow chart of the visible unit selection process executed by the visible unit selection unit shown in FIG. Flow chart of AOS / LOS time optimization calculation processing executed by the AOS / LOS time optimization calculation unit shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an artificial satellite operation system 100 to which the visible allocation device 1 according to the embodiment is applied.
  • the artificial satellite operation system 100 includes an operation center 2 in which the visible allocation device 1 is installed, a ground station 3, a data relay satellite 4, a data relay satellite control station 5, and an artificial satellite 6 to be operated. , Equipped with.
  • the ground station 3, the data relay satellite 4, and the data relay satellite control station 5 each include an antenna device ANT composed of a parabolic antenna or the like and a communication control device CCA that controls the antenna device ANT.
  • the ground station 3 and the data relay satellite 4 may be collectively referred to as stations 3 and 4.
  • the visible allocation device 1, the ground station 3, and the data relay satellite control station 5 are connected to each other so as to be able to communicate with each other via the network 7.
  • the number of artificial satellites 6 is arbitrary. Further, although two ground stations 3-1 and 3-2 are shown in the figure, the number thereof is arbitrary and may be one or three or more. Similarly, the numbers of the data relay satellite 4 and the data relay satellite control station 5 are also arbitrary.
  • the artificial satellite operation system 100 stores the orbit data required for the orbit calculation of the artificial satellite 6 and the data relay satellite 4 and the position information of the ground station 3 in the storage device 13 (details will be described later) of the visible allocation device 1. ..
  • the position information of the ground station 3 is, for example, position data indicating latitude and longitude.
  • the network 7 is composed of an Internet line, a dedicated communication line, a VPN (Virtual Private Network), a LAN (Local Area Network), a communication cable, or a combination thereof, and transmits data.
  • the network 7 may be composed of only wireless communication lines, only wired communication lines, or a combination of wireless communication lines and wired communication lines.
  • the visible allocation device 1 allocates the visible time of the ground station 3 and the data relay satellite 4 to one or a plurality of artificial satellites 6 to be operated, respectively.
  • the visible time is a communicable time defined by the visible start time (hereinafter referred to as AOS (Acquisition Of Signal) time) to the end time (hereinafter referred to as LOS (Loss Of Signal) time).
  • AOS Acquisition Of Signal
  • LOS Liss Of Signal
  • the ground station 3 drives the antenna in the visible time zone (the time zone including the AOS time to the LOS time) of each artificial satellite 6 to be operated, and the artificial satellite 3 is used. Track 6
  • the data relay satellite 4 also has data in the visible time zone (time zone including AOS time to LOS time) of the artificial satellite 6 to be operated based on the result of the visible allocation received from the data relay satellite control station 5. It drives the antenna mounted on the relay satellite 4 and tracks the artificial satellite 6.
  • the orientation of the antennas of the ground station 3 and the data relay satellite 4 is the direction of the artificial satellite 6 at each time as seen from the antenna position, and can be calculated from the drive time and the orbit information of the artificial satellite 6. Therefore, the ground station 3 and the data relay satellite 4 can automatically drive the antenna based on the visible allocation result output by the visible allocation device 1.
  • Each artificial satellite 6 performs operations such as command transmission and data reception via the ground station 3 and the data relay satellite 4 during the assigned visible time.
  • the operation of each artificial satellite 6 may be carried out by the operation center 2 or may be carried out by one or more operation centers (not shown). In either case, by transmitting and receiving the visible allocation result within the artificial satellite operation system 100 through the network 7, the artificial satellite 6 can be operated within the allocated visible time.
  • the operation center 2 the ground station 3, and the data relay satellite control station 5 are located at different locations and all of them are connected via the network 7, but some of them are in the same location. May be there.
  • one of the ground stations 3 can also serve as the operation center 2.
  • the configuration of the visible allocation device 1 will be described with reference to FIG.
  • the visible allocation device 1 is realized by a computer, and as hardware, a processor 11 that executes processing, a memory 12 that functions as a work area of the processor 11, and a storage device 13 that is an example of a recording medium that stores a program executed by the processor. , A communication interface (I / F) 14 for communicating with an external device, and an input / output interface (I / F) 15 for inputting / outputting data.
  • the processor 11 executes the visible allocation process described later by expanding the program stored in the storage device 13 into the memory 12 and executing the program.
  • the program executed by the processor 11 is installed in the storage device 13 and is called into the memory 12 as needed.
  • the memory 12 includes a RAM (Random Access Memory) and the like, and functions as a work area of the processor 11.
  • RAM Random Access Memory
  • the storage device 13 includes a non-volatile storage medium such as a ROM (Read Only Memory), a hard disk device, and an SSD (Solid State Drive), and a visible allocation planning program executed by the processor 11 is installed. This program is called into memory 12 and executed by processor 11. Further, the storage device 13 stores visible information and visible allocation conditions (details will be described later). When the storage device 13 does not store the visible information or the visible allocation condition, the processor 11 reads these data from the external server device 19 or the like connected via the communication interface 14 and stores them in the storage device 13. .. Further, the storage device 13 stores the visible allocation result generated by the visible allocation device 1.
  • the communication interface (I / F) 14 transmits and receives data to and from an external device via the network 7.
  • the communication interface (I / F) 14 receives the visible information and the visible allocation condition from the server device 19, and transmits the visible allocation result generated by the visible allocation device 1 to the ground station 3, the data relay satellite 4, and the like.
  • the input / output interface (I / F) 15 is connected to an external device such as a display, a keyboard, a mouse, and a USB.
  • an operator of the artificial satellite operation system 100 operates the keyboard and the mouse, and the attached storage medium. It is used to receive the data read from.
  • the input / output interface 15 is an interface for displaying or outputting data indicating a devised visible allocation plan on a display, a printer (not shown), or the like to show the operator, or writing the data to the attached storage medium. Used as.
  • the visible allocation device 1 functionally has a visible unit setting unit 21, a visible unit selection unit 22, and an AOS / LOS time optimization calculation unit that optimizes AOS time and LOS time. 23 is provided.
  • Each of these parts is implemented by the visible allocation planning program and stored in the storage device 13.
  • the visible allocation planning program is realized by being read by the processor 11 and executed by using the memory 12 as a working memory.
  • the visible unit setting unit 21 sets one or more visible units based on the visible information and the visible allocation conditions input to the visible allocation device 1.
  • the visible unit means a unit to which information necessary for each visible time included in the visible information is added.
  • the visible unit selection unit 22 sets one or a plurality of combinations of visible units from all the visible units set by the visible unit setting unit 21, and notifies the AOS / LOS time optimum calculation unit 23.
  • the AOS / LOS time optimum calculation unit 23 determines whether the AOS time and the LOS time can be set within a range that satisfies the i) constraint for each combination of visible units, and ii) if it can be set, the AOS time and the AOS time.
  • the LOS time is calculated by the optimization calculation, and iii) the calculated AOS time and the evaluation index value of the LOS time are calculated.
  • the AOS / LOS time optimum calculation unit 23 i) whether the AOS time and the LOS time can be set, and ii) if the setting is possible, the AOS time and the LOS obtained by the optimization calculation. Notify the visible unit selection unit 22 of the time and the evaluation index value.
  • the visible unit selection unit 22 selects the combination of visible units to be used from the combinations of visible units based on the evaluation index value notified from the AOS / LOS time optimum calculation unit 23, and temporarily stores the combination in the storage device 13. To do.
  • the communication I / F 14 of the visible allocation device 1 appropriately transmits information of the combination of visible units to be used stored in the storage device 13 to the server device 19, the stations 3 and 4 that use the information, and the like. ..
  • the visible information supplied to the visible allocation device 1 is the visible time from the satellite orbit, the field of view of the satellite-mounted antenna, etc. for all the combinations of the artificial satellites 6 and the stations 3 and 4 which are the targets of the visible allocation.
  • a calculation called visual analysis is performed to obtain the above, and the visible time obtained as a result is listed over the target period (for example, one day) of the visual allocation.
  • 4 and 5 show examples of visible information.
  • No. 2 shown in the second line of FIG. 1 indicates that the artificial satellite 6-1 can communicate with the ground station 3-1 from time 00:05 to time 00:15.
  • FIG. 5 shows the visible information shown in the tabular form in FIG. 4 as a schematic diagram with the time on the horizontal axis.
  • the rectangles numbered 1 to 5 in the figure are No. 4 in FIG. It corresponds to 1 to 5 respectively.
  • the visible information No. for the same artificial satellite 6-1. 1 and No. 2 means that 5 minutes between 00:10 and 00:15 are overlapped, and at least one of ground station 3-1 and ground station 3-2 is assigned to the artificial satellite 6-1 during this time zone. It will be.
  • the visible information No. for the same ground station 3-2. 2 and No. 5 overlaps with 5 minutes between 01:00 and 01:05.
  • ground station 3-2 can be assigned to either satellites 6-1 and 6-2, but cannot be assigned to both at the same time.
  • the state in which the two visible times overlap and the entire visible time of both cannot be used is called a visible race or simply a race.
  • a visible race the state in which the two visible times overlap and the entire visible time of both cannot be used.
  • the individual visible start time and end time included in the above-mentioned visible information may be called AOS time and LOS time, respectively, but to avoid confusion here, these are not called AOS time and LOS time, and are obtained as a result of visible allocation. Only the communicable time range that can be used will be referred to as AOS time and LOS time.
  • the visible start time is referred to as the AOS time lower limit value ts0
  • the visible end time is referred to as the LOS time upper limit value te0.
  • the visible start time is set in the AOS time lower limit value ts0
  • the visible end time is set in the LOS time upper limit value te0.
  • the lower limit of the AOS time ts0 may be set to a time later than the visible start time.
  • the LOS time upper limit value te0 may be set before the visible end time.
  • the visible unit setting unit 21 shown in FIG. 3 sets one or a plurality of visible units from the visible information.
  • the visible unit setting unit 21 is supplied with the visible information illustrated in FIGS. 4 and 5 and the visible allocation condition corresponding to the constraint condition to be satisfied by the visible unit.
  • the visible unit setting unit 21 is generated from this visible information from the visible time T indicated by the supplied visible information, that is, the time from the start time ts0 to the visible end time te0 and the threshold value Tc included in the visible allocation condition.
  • ceil (x) represents the rounding to the smallest integer greater than or equal to x.
  • the visible unit setting unit 21 generates Nc visible units from each visible information.
  • FIG. 7 shows the same visible information as in FIG. 6, although the display format is different.
  • the threshold value Tc is set to 30 minutes.
  • the visible unit setting unit 21 generates two visible units s (1-1) and s (1-2) from the No. 1 visible information in FIG.
  • the visible unit setting unit 21 calculates the representative times s (1-1) .tc and s (1-2) .tc of the generated visible units s (1-1) and s (1-2).
  • the visible start time ts0 of the visible units s (1-1) and s (1-2) is 00:00
  • the visible end time te0 is 00:40
  • the visible time T is 40 minutes.
  • the visible unit setting unit 21 generates one visible unit s (2) from the visible information of No. 2 in FIG. 8, and sets the representative time s (2) .tc to 00:20.
  • ground station 3-1 is assigned to artificial satellite 6-1 from 00:00 to 00:10, and ground station 3-2 is assigned from 00:15 to 00:25. It becomes possible to allocate up to, and again assign ground station 3-1 from 00:30 to 00:40, and flexible visible allocation can be realized.
  • the visible unit setting unit 21 adds necessary attribute information to the visible unit generated in this way to generate a visible unit that is a candidate for allocation.
  • the visible unit is represented as s (i).
  • i is a number that identifies the visible unit.
  • the visible unit setting unit 21 gives attributes such as an artificial satellite name and a station name to each visible unit.
  • these attributes are represented by adding a dot after s (i).
  • the attributes given to the visible unit by the visible unit setting unit 21 are listed below.
  • s (i) .sat Identification information such as artificial satellite name and identification number s (i) .stn: Station identification information s (i) .ts0: AOS time lower limit s (i) .te0: LOS time upper limit Value s (i) .r: Data transmission rate s (i) .Tmin: Lower limit of visible time s (i) .tc: Representative time s (i) .w: Weight coefficient
  • the visible unit setting unit 21 sets the information included in the visible information as it is for the artificial satellite identification information s (i) .sat and the station identification information s (i) .stn.
  • the visible unit setting unit 21 sets the visible start time indicated by the visible information as the AOS time lower limit value s (i) .ts0 and the visible end time indicated by the visible information as the LOS time upper limit value s (i) .te0. ..
  • the data transmission rate s (i) .r is determined according to the combination of the artificial satellite 6 to be operated and the station 3 or 4.
  • the lower limit of visible time s (i) .Tmin is the shortest visible time required when assigning visible units.
  • the visible unit setting unit 21 sets this attribute value based on the visible time lower limit value included in the visible allocation condition. Even if a too short visible time is allocated, the visible time T may not be used for the operation because the operation becomes complicated or the necessary data cannot be transmitted. Therefore, the minimum visible time to be allocated to one visibility is given as the lower limit of visible time s (i) .Tmin.
  • the visible unit setting unit 21 may set the same value as a constant for all visible units as the lower limit of visible time s (i) .Tmin, or a different value for each artificial satellite 6 and each station 3 and 4. May be set. It is also possible to set individual values for each visible unit.
  • the visible time lower limit s (i) .Tmin is larger than the difference between the AOS time lower limit s (i) .ts0 and the LOS time upper limit s (i) .te0 (that is, visible time), that is, In the case of s (i) .Tmin> s (i) .te0-s (i) .ts0, the visible unit s (i) cannot meet the requirement of the lower limit of visible time. Exclude.
  • the visible unit setting unit 21 sets the visible units s (1-1) and s (1-2) shown in FIG. 8 as described above, and sets the representative time of each to 00. Set to: 10 and 00:30.
  • the visible unit setting unit 21 sets the visible unit s (1-1) and s (1-2) to "6-1" as the artificial satellite identification information s (i) .sat, and the station identification information s (i). Set "3-1" as .stn.
  • the visible unit setting unit 21 sets "00:00” as the AOS time lower limit value s (i) .ts0 and "00:40" as the LOS time upper limit value s (i) .te0. If the visible allocation condition sets the communication speed between the artificial satellite 6-1 and the ground station 3-1 to be 80 Mbps, the visible unit setting unit 21 sets the data transmission rate s (i) .r, for example. Set "80". Assuming that the visible allocation condition specifies 20 minutes as the lower limit of visible time for the communication of the artificial satellite 6-1, the visible unit setting unit 21 sets the lower limit of visible time s (i) .Tmin to 20 minutes. give. The representative time is as described above.
  • the visible unit setting unit 21 further sets the weighting coefficient w with respect to the visible unit s (i).
  • the setting of the weighting coefficient w will be described below.
  • the visibility allocation device 1 aims to make the best use of the visible time of the artificial satellite 6. Therefore, as will be described later, in the AOS / LOS time optimum calculation unit 23, it is considered to secure the visible time T for each artificial satellite 6 as long as possible as one of the evaluation indexes.
  • the visible time required for each artificial satellite 6 is different, and the communication speed r is different depending on the combination of the artificial satellite 6 and the stations 3 and 4, so that the amount of data that can be communicated may differ even with the same visible time T.
  • the importance of the visible time T may change depending on the orbital position or time zone of the artificial satellite 6.
  • a weighting coefficient is set for each visible unit s (i), and the difference in the importance of the visible time is reflected in the weighting coefficient.
  • the weighting coefficient s (i) .w of each visible unit s (i) is set in the form of multiplication of three coefficients as shown in the following equation.
  • w_sat (s (i) .sat) is a weighting coefficient that reflects the difference in visible time required for each artificial satellite 6. For example, when the ratio of the required visible time of the artificial satellite A and the artificial satellite B is a: b, the visible unit setting unit 21 sets the ratio of w_sat to, for example, 1 / a: 1 / b.
  • W_stn (s (i) .sat, s (i) .stn) is a weighting coefficient according to the combination of artificial satellite 6 and stations 3 and 4.
  • the weighting coefficient w_stn (s (i) .sat, s (i) .stn) usually has a communication speed r in order to consider the difference in communication speed r depending on the combination of the artificial satellite 6 and the stations 3 and 4. The larger the value, the larger the setting.
  • w_t (s (i) .sat, s (i) .tc) is a weighting coefficient for the time zone of the artificial satellite 6 and the visible unit s (i).
  • the weight is set for each combination of the artificial satellite 6 and the stations 3 and 4 in a table format, a function format, etc.
  • the weighting coefficient corresponding to the combination to be used may be read out and set.
  • the weight is tabled for each combination of the time zone of the artificial satellite 6 and the visible unit s (i). It may be set in a format, a function format, or the like, and the weighting coefficient corresponding to the corresponding combination may be read and set.
  • the visible unit setting unit 21 outputs a visible unit list listing the visible units s (i) set in this way and associated attributes to the visible unit selection unit 22.
  • the visible unit selection unit 22 outputs the obtained combination to the AOS / LOS time optimum calculation unit 23, selects the combination of visible units to be used based on the solution from the AOS / LOS time optimization calculation unit 23, and stores the storage device. Store in 13.
  • the visible unit setting unit 21 sets a plurality of visible units based on the visible information. In the visible allocation, it is necessary to determine the combination of which of these visible units is used and which is not used. The visible unit selection unit 22 selects this combination. Such selection of combinations based on some criteria (evaluation index) is generally called a combination optimization problem. In the combination optimization problem, when the total number of combinations is small, the optimum solution can be obtained by calculating and comparing the evaluation indexes for each combination, but in the scale of the problem, that is, in the visible allocation, As the number of visible units increases, the number of combinations increases explosively, making such a brute force approach difficult to apply. Therefore, various combination optimization methods for efficiently searching for combinations have been proposed and used. As an example, the annealing method (simulated annealing method) disclosed in Patent Document 2 is known.
  • combination optimization methods can also be applied to the combination selection of the visible units in the visible unit selection unit 22.
  • a method in which the visible unit selection unit 22 obtains an optimum combination or a combination equivalent thereto by using a local search method which is a relatively simple combination optimization method will be described below.
  • the local search method is a method in which an appropriate solution is used as an initial solution, the solution is changed little by little, and a better solution is sequentially obtained to reach the optimum solution or a solution equivalent thereto.
  • the one in which the use or non-use is specified for all visible units s (i) is referred to as a "solution” below. Further, among the “solutions”, those satisfying various given constraints are called executable solutions.
  • the AOS / LOS time optimization calculation unit 23 optimizes the AOS time and the LOS time in consideration of the given constraint, and determines whether or not the AOS time and the LOS time can be set. Details will be described later). Therefore, "executable” is synonymous with being able to set the AOS time and the LOS time.
  • An infeasible solution is called an infeasible solution.
  • the visible unit selection unit 22 generates an initial solution.
  • the visible unit selection unit 22 lists the solutions in the vicinity of the current solution as the next candidate solution.
  • the current solution is equal to the initial solution at the start of processing.
  • the neighborhood means that only a part of the current solution is modified.
  • Various definitions of neighborhood can be considered.
  • the two neighborhoods of "reversal” and “replacement” are considered.
  • the number of candidate solutions included in the neighborhood "inversion" is N, where N is the number of visible units.
  • “Swap” means to switch the use or non-use of two visible units. That is, the values of s (i) .used and s (j) .used are exchanged for the two visible units s (i) and s (j) in which s (i) .used ⁇ s (j) .used.
  • these two visible units s (i) and s (j) only those that are in a competitive relationship are targeted.
  • the maximum number of candidate solutions included in the neighborhood "swap” is the number when 2 out of N are selected.
  • only two visible units that satisfy the condition of s (i) .used ⁇ s (j) .used and the condition of conflicting are targeted, so the number is less than that.
  • the definition of the neighborhood is not limited to these, and other neighborhoods can be considered.
  • the permutation of visible units may be determined to be the ascending order of the representative time, or the permutations of the two visible units may be considered as different neighborhoods by allowing the permutation of the order.
  • the visible unit selection unit 22 provides the AOS / LOS time optimum calculation unit 23 with the combination of the visible units thus obtained.
  • the visible unit selection unit 22 identifies the optimum solution among the combinations of visible units by using the information on whether or not the setting is possible, the AOS / LOS time, and the evaluation index value obtained by the processing of the AOS / LOS time optimum calculation unit 23. Is the visible allocation result.
  • the AOS / LOS time optimum calculation unit 23 shown in FIG. 3 uses the AOS time and the LOS time of each of the visible units s (i) included in the candidate solution input from the visible unit selection unit 22 as a linear programming problem.
  • the optimization operation is performed to obtain the AOS time and the LOS time.
  • all constraints are represented by linear equations or inequalities with respect to the optimization variable, and the evaluation index is represented as a linear function with respect to the optimization variable.
  • linear programming problems when there is a solution that satisfies the constraint condition, there are many general-purpose algorithms that can surely find the optimum solution by processing in a relatively short time, so these can be used. Is.
  • the AOS / LOS time optimization calculation unit 23 performs the optimization calculation processing of the AOS time and the LOS time for each of the candidate solutions that are the combination of the visible units generated by the visible unit selection unit 22.
  • the visible units s (i) are arranged in ascending order of the representative time. However, this does not apply when permutation replacement is also considered in the local search method.
  • the AOS time and LOS time of each visible unit s (i), which is an optimization variable, are represented as s (i) .ts and s (i) .te, respectively.
  • the AOS / LOS time optimization calculation unit 23 includes a constraint condition setting unit 31, an evaluation index setting unit 32, a linear programming solver 33, and an optimization calculation result processing unit 34.
  • the constraint condition setting unit 31 sets a constraint condition expression that defines a constraint condition for the combination of visible units supplied from the visible unit selection unit 22.
  • the constraint condition setting unit 31 outputs the combination of the visible units supplied from the visible unit selection unit 22 and the set constraint condition expression to the linear programming solver 33.
  • the evaluation index setting unit 32 sets an evaluation index and additional constraint condition expressions for the combination of visible units supplied from the visible unit selection unit 22.
  • the evaluation index setting unit 32 outputs the set evaluation index and additional constraint condition expressions to the linear programming solver 33.
  • the linear programming solver 33 performs an optimization calculation on a given combination of visible units using a constraint expression and an evaluation index, and obtains a feasible solution.
  • the linear programming solver 33 determines the feasibility, and if it is not feasible, returns that fact as an output.
  • the optimization calculation result processing unit 34 receives the output of the linear programming solver 33 and determines whether or not there is an executable solution. The optimization calculation result processing unit 34 only outputs whether or not the AOS / LOS time can be set as "impossible” when there is no executable solution, that is, when it is not executable. On the other hand, if it is feasible, the optimization calculation result processing unit 34 outputs whether or not the AOS / LOS time can be set as "possible”, and also outputs the AOS time, LOS time, and evaluation index value corresponding to the optimum solution. Output.
  • s (i) .ts is the AOS time of the visible unit s (i)
  • s (i) .te is the LOS time of the visible unit s (i).
  • s (i) .ts0 is the visible start time of the visible unit s (i)
  • s (i) .te0 is the visible end time of the visible unit s (i).
  • s (j) .sat s.
  • ⁇ Tmin the lower limit value of the visible interval
  • ⁇ Tmin can be set to a different value for each constraint equation according to the difference between the artificial satellite 6 and the stations 3 and 4, such as s (i) .Tmin.
  • the evaluation index setting unit 32 includes a weighted visible time setting unit 321, a visible interval maximum value setting unit 322, a data accumulation rate maximum value setting unit 323, and a scalarized evaluation index setting unit 324.
  • the weighted visible time setting unit 321 sets the equation constraint of the equation (4) described later for the weighted visible time for each artificial satellite 6.
  • the visible interval maximum value setting unit 322 sets the inequality constraint of the equation (5) described later for the visible interval maximum value for each artificial satellite.
  • the data accumulation rate maximum value setting unit 323 sets the inequality constraint of the equation (6) described later for the data accumulation rate at the AOS time of each visible unit, and sets the inequality of the equation (7) described later as the data amount balance condition between the visible units. Set constraints.
  • the value indicating the name of the artificial satellite 6-h is described as sath, and the total weighted visible time value of the artificial satellite 6-h is described as d (sath).
  • the maximum value of the visible interval of 6-h is described as ⁇ t (sath), and the maximum value of the data accumulation rate of the artificial satellite 6-h is described as u (sath).
  • the maximum visible interval value ⁇ t (sath) of the artificial satellite 6-h set by the scalarization evaluation index setting unit 324 as a parameter by the visible interval maximum value setting unit 322 is restricted by the inequality shown in the following equation (5).
  • the maximum data storage rate u (sath) is related to the amount of data stored in the artificial satellite 6-h, and indicates the upper limit of the stored data rate.
  • the artificial satellite 6-h is an earth observation satellite
  • the artificial satellite 6-h observes a plurality of observation target areas on the earth, and the data obtained as a result of the observation is sequentially input to the artificial satellite 6 -H Stores in the storage device. Therefore, in order to utilize all of the data obtained as a result of the observation, the artificial satellite 6-h uses the artificial satellite 6-h before the amount of data stored in the storage device reaches the upper limit of the storage capacity of the storage device. It is necessary to transmit this data to the ground station 3 or the data relay satellite 4.
  • the data accumulation rate maximum value setting unit 323 expresses the data accumulation rate at the AOS time of each visible unit by the parameter s (i) .u, and sets the inequality constraint (6). 0 ⁇ s (i) .u ⁇ u (sath) ⁇ ⁇ ⁇ (6)
  • the data accumulation rate maximum value setting unit 323 sets the inequality constraint shown in the following equation (7) as the balance condition of the data amount in the visible unit s (i).
  • vmax (sath) is the upper limit of the data capacity of the artificial satellite sath
  • s (j) is an increment of the data accumulation rate stored in the storage device of the artificial satellite sath between the AOS time of the visible unit s (i) and the AOS time of the visible unit s (j). It has been decided.
  • the scalarized evaluation index setting unit 324 sets the parameters set by the weighted visible time setting unit 321 and the visible interval maximum value setting unit 322 and the data accumulation rate maximum value setting unit 323 as the evaluation index F shown in the following equation (8). And.
  • H is the total number of artificial satellites 6 to be operated.
  • the evaluation index F shown in the above equation (8) is a vector value including a parameter of 3 ⁇ H.
  • the scalarized evaluation index setting unit 324 introduces the method of the multi-objective linear programming method, scalarizes the evaluation index F of the vector value, and obtains the evaluation index.
  • the scalarization method any known method can be used.
  • the scalarized evaluation index setting unit 324 outputs the evaluation index obtained by converting the evaluation index F into a scalar value to the linear programming solver 33.
  • the linear programming solver 33 shown in FIG. 12 performs an optimization calculation using a constraint expression and an evaluation index.
  • Many general-purpose algorithms are known for linear programming problems, and the optimum solution can be efficiently obtained by a general-purpose solver.
  • the optimization calculation result processing unit 34 shown in FIG. 12 receives the optimum solution output by the linear programming solver 33, and if it is feasible, the AOS time is determined from the optimization variables in the optimum solution output by the linear programming solver 33. And LOS time are extracted, respectively, and the information indicating that the AOS / LOS time setting is “possible”, the AOS time and LOS time corresponding to the optimum solution, and the evaluation index value are output to the visible unit selection unit 22. Further, when the optimization calculation result processing unit 34 is unexecutable, the optimization calculation result processing unit 34 outputs whether or not the AOS / LOS time can be set as “impossible”.
  • the visible allocation device 1 executes the visible allocation processing program. Then, the processor 11 reads out the orbital data of each of the data relay satellite 4 and the artificial satellite 6 and the position data of the ground station 3 from the orbital / position DB owned by the external server device 19, and illustrates them in FIG. 4 and the like. Visible information is created and stored in the storage device 13.
  • the external server device 19 may create visible information, receive the visible information via the communication I / F14 or the input / output I / F15, and store the visible information in the storage device 13.
  • the processor 11 takes in the visible allocation condition from the external server device 19 or the like in advance and stores it in the storage device 13.
  • the visible unit setting unit 21 of the visible allocation device 1 creates a visible unit s (i) from the visible information stored in the storage device 13, and for each of the created visible units s (i), "name of artificial satellite”. Add attributes such as "s (i) .sat”.
  • the visible unit selection unit 22 creates a combination of visible units s (i).
  • FIG. 14 is a flowchart of processing of the visible unit selection unit 22.
  • the visible unit selection unit 22 sets any one of the combinations of the visible units s (i) as the initial solution.
  • the visible unit selection unit 22 sets the set initial solution as the current solution.
  • the evaluation index value is calculated for the initial solution (step S100). For example, for the initial solution, the feasibility and the evaluation index setting are obtained by executing the AOS / LOS time optimization calculation process in the same manner as the process in step S2.
  • the evaluation index value may be set to a sufficiently small value.
  • the visible unit selection unit 22 creates a plurality of candidate solutions from the current solution (step S102).
  • the visible unit selection unit 22 creates a list of the created candidate solutions (step S104).
  • the visible unit selection unit 22 selects one candidate solution to be processed from the list (step S106).
  • step S2 the visible unit selection unit 22 stores the candidate solution of the processing target selected by the processing in step S106 and outputs it to the AOS / LOS time optimization calculation unit 23. Further, the visible unit selection unit 22 receives information from the AOS / LOS time optimum calculation unit 23 indicating whether or not the candidate solution is an executable solution, and, if it is an executable solution, the AOS / LOS time. Receive the evaluation index value. The visible unit selection unit 22 stores the received information in association with the candidate solution. The details of the process in step S2 will be described later with reference to FIG.
  • the visible unit selection unit 22 determines whether or not the candidate solution processed by the optimization calculation process of the AOS / LOS time optimization calculation unit 23 is improved as compared with the current solution. It is determined by comparing the values (step S108).
  • step S108 if the evaluation index value of the candidate solution processed this time is larger than the evaluation index value of the current solution, that is, if it is improved, the process proceeds to step S112. If the evaluation index value of the candidate solution processed this time is equal to or less than the evaluation index value of the current solution, that is, if there is no improvement, the process proceeds to step S110. If no feasible solution is obtained, the process proceeds to step S110.
  • step S110 it is determined whether or not the loop processing for all the candidate solutions included in the list created in the process of step S104 is completed.
  • the process proceeds to the processing of step S112.
  • the loop processing is not completed (same as above, N)
  • the process returns to the processing of step S106.
  • step S112 it is determined whether or not an improved solution is obtained by this loop processing.
  • step S112 When an improved solution is obtained (Y in the process of step S112), the current solution is replaced with the improved solution (step S116), the process proceeds to step S102, a candidate solution is created, and the same process is performed. Do.
  • step S114 when it is determined that an improved solution has not been obtained in the process of step S112, the current solution is stored in the storage device 13 as the optimum solution (step S114).
  • step S108 when it is determined in step S108 that a solution that improves the current solution has been obtained (an improved solution has been obtained), the loop is immediately exited and the process proceeds to step S112.
  • This method is generally called “first improvement”.
  • the solution with the best evaluation index value is selected after loop processing is performed on all the candidate solutions included in the created list. .
  • This technique is commonly referred to as the "best improvement”.
  • the optimum solution stored in the process of step S114 is used as a devised visible allocation plan.
  • step S106 of the process shown in FIG. 14 the process of FIG. 15 is executed.
  • the constraint condition setting unit 31 of the AOS / LOS time optimization calculation unit 23 sets the constraint condition in the linear programming solver 33 in consideration of the visible allocation condition (step S200).
  • the evaluation index setting unit 32 sets the evaluation index of the scalar value obtained from the evaluation index F shown in the equation (8) in the linear programming solver 33. Further, an additional constraint expression is set in the linear programming solver 33 (step S202).
  • step S204 the linear programming solver 33 solves the linear programming problem for the combination of visible units given by the visible unit selection unit 22 by using the set constraint expression and the evaluation index, and outputs the result.
  • the optimization calculation result processing unit 34 notifies the visible unit selection unit 22 of the output result. Specifically, the optimization calculation result processing unit 34, based on the output result, (1) when the candidate solution is an infeasible solution, "the candidate solution is an infeasible solution". , (2) If the candidate solution is an executable solution, (i) the notified candidate solution is an executable solution, (ii) visible units s (i) each optimized AOS time and The LOS time and (iii) evaluation index value are notified to the visible unit selection unit 22.
  • the visible unit selection unit 22 obtains an optimum solution for operating the artificial satellite 6 based on the processing result of the AOS / LOS time optimum calculation unit 23, and stores it in the storage device 13.
  • the processor 11 transmits this optimum solution to the ground station 3 and the data relay satellite control station 5 via the network 7 as a devised visible allocation plan.
  • the data relay satellite control station 5 transmits the received visible allocation plan to the data relay satellite 4.
  • Each communication control device CCA of the ground station 3 and the data relay satellite 4 controls the antenna device ANT based on the received visible allocation plan, orbit data, and position data, and is one of the artificial satellites 6 to be operated. To track. As a result of this tracking, when communication with the artificial satellite 6 becomes possible, the communication control device CCA communicates with the artificial satellite 6 via the antenna device ANT and operates the artificial satellite 6.
  • the operation time allocated to each artificial satellite may be biased depending on the priority setting for each artificial satellite. That is, there is a possibility that a high-priority artificial satellite may be biased to a long operating time, or a low-priority artificial satellite may be biased to a short operating time.
  • the visible allocation device 1 it is not necessary to set a priority for each artificial satellite, and the antennas of the plurality of ground stations 3 and the data relay satellite 4 are always optimized for a plurality of artificial satellites. Since the visible allocation plan can be created automatically, these problems can be solved. Further, according to the visible allocation device 1, when the visible times of a plurality of artificial satellites overlap, even if the visible times are divided into short times and used, the type of combination of the plurality of antennas and the plurality of artificial satellites can be used. The increase can be suppressed. Therefore, it is possible to formulate an optimized visible allocation plan for a plurality of artificial satellites by the antennas of the plurality of ground stations 3 and the data relay satellite 4 with a practical processing time.
  • an optimum solution composed of a plurality of visible units s (i) including the optimum AOS time and LOS time is obtained.
  • a relatively long visible time can be divided and used. Therefore, the artificial satellite 6 can formulate an efficient visible allocation plan that maximizes the visible time, and the visible time can be used flexibly and efficiently.
  • the evaluation index setting unit 32 optimizes by linear programming using the evaluation index obtained by scaling the evaluation index F including a plurality of parameters indicating different events. I do. Therefore, in the visible allocation plan devised by the visible allocation device 1, the attributes of the artificial satellite 6 and the stations 3 and 4, for example, the communication speed, the amount of data that can be communicated, the weighted visible time, the maximum visible interval, and the data. AOS time and LOS time can be obtained in which different indexes such as the maximum accumulation rate are taken into consideration in a well-balanced manner.
  • FIG. 1 shows a case where the artificial satellite operation system 100 includes only one visible allocation device 1, the artificial satellite operation system 100 may include a plurality of visible allocation devices 1.
  • the visible unit selection unit 22 shows an example of obtaining the optimum solution by the “first improvement”, but the visible unit selection unit 22 may obtain the optimum solution by the “best improvement”.
  • the visible unit selection unit 22 does not perform the process of step S108 of FIG. Instead, in the process of step S112, the evaluation index value of the solution having the largest evaluation index value among the candidate solutions is compared with the evaluation index value of the current solution.
  • the visible information is created in units of one day, but the visible information is created in units of other units, for example, one hour, one week, or one month. You may.
  • the AOS / LOS time optimization calculation unit 23 may solve the optimization method other than the linear programming by using the corresponding solver.
  • the optimum solution can be efficiently obtained by using a quadratic programming method in which the evaluation index is a quadratic function of variables for optimization while keeping the constraints as they are.
  • the calculation is continued as long as an improved solution is obtained, but a threshold value may be set in advance for the calculation time, the number of repetitions, and the like, and the calculation may be terminated when the threshold value is exceeded. Even in that case, since a solution improved to some extent can be obtained, it can be expected that a sufficiently efficient one can be obtained as a visible allocation result. Further, the term "largest value" in the embodiment can be changed to a term such as "smallest value" depending on the processing content of the visible allocation planning program, provided that an optimum solution is given. ..
  • the AOS / LOS time optimum calculation unit 23 obtains the evaluation index value
  • the visible unit selection unit 22 uses the evaluation index value provided by the AOS / LOS time optimization calculation unit 23.
  • the visible unit selection unit 22 may calculate the evaluation index value.
  • the AOS / LOS time optimum calculation unit 23 supplies the information necessary for calculating the evaluation index value to the visible unit selection unit 22.
  • the two solutions can be compared. Therefore, unlike the evaluation index by the AOS / LOS time optimum calculation unit 23, a plurality of evaluation indexes are separately set and used. May be.
  • the vector evaluation index F in Eq. (8) can be used without scaling.
  • the division of roles between the visible unit selection unit 22 and the AOS / LOS time optimization calculation unit 23 can be appropriately set.
  • the visible unit setting unit 21, the visible unit selection unit 22, and the AOS / LOS time optimum calculation unit 23 are all realized on the same computer.
  • a part may be similarly realized on another computer.
  • the visible unit setting unit 21 is executed on a computer different from the visible unit selection unit 22 and the AOS / LOS time optimization calculation unit 23
  • the set visible unit list is saved in the server device 19, and the communication interface is transmitted from the computer.
  • the configuration may be such that access is performed via 14.
  • a computer may be made to function as a visible allocation device for the artificial satellite, or a program for executing the upper air visible allocation method may be recorded on a recording medium and distributed.
  • 1 Visible allocation device 2 Operation center, 3 (3-1, 3-2) Ground station, 4 Data relay satellite, 5 Data relay satellite control station, 6 (6-1 to 6-4) Artificial satellite, 7 Network, 11 processor, 12 memory, 13 storage device, 14 communication interface, 15 input / output interface, 19 server device, 21 visible unit setting unit, 22 visible unit selection unit, 23 AOS / LOS time optimization calculation unit, 31 constraint condition setting unit, 32 Evaluation index setting unit, 33 Linear planning solver, 34 Optimization calculation result processing unit, 100 Artificial satellite operation system, 321 Weighted visible time setting unit, 322 Visible interval maximum value setting unit, 323 Data accumulation rate maximum value setting unit, 324 Scalarization evaluation index setting unit.

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Abstract

人工衛星の可視割り当て装置（１）は、可視単位設定部（２１）と可視単位選択部（２２）と最適演算部（２３）とを含む。可視単位設定部（２１）は、衛星とその衛星と通信可能な局との組み合わせと、可視開始時刻の下限値及び可視終了時刻の上限値とを含む可視単位を設定する。可視単位選択部（２２）は、可視単位の組合せを1つあるいは複数設定する。最適演算部（２３）は、可視単位の組合せの各々に対して、設定された制約を満たす範囲で、可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能かどうか判定し、設定可能な場合は可視開始時刻および可視終了時刻を最適化計算により算出する。可視単位選択部（２２）は、可視単位の組合せの中から、最適演算部（２３）による可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能か否かの判定結果および設定可能と判定した場合に設定された可視開始時刻と可視終了時刻をもとに、使用する可視単位の組合せを選択する。

Description

人工衛星の可視割り当て装置、人工衛星運用システム、可視割り当て方法およびプログラム
　本発明は、人工衛星の可視割り当て装置、人工衛星運用システム、可視割り当て方法およびプログラムに関する。
　軌道上にある人工衛星の追跡、状態監視、データの送受信を行うことを追跡管制運用と呼ぶ。追跡管制運用は、地上にある地上局のアンテナ設備、静止軌道上のデータ中継衛星（以下、合わせて「局」と呼ぶ）を用いて行う。通常、人工衛星と局は一対一ではなく、複数の人工衛星の追跡管制運用に複数の局が用いられる。人工衛星と局が通信可能な時間帯を可視時間あるいは単に可視と呼ぶ。可視時間は人工衛星の軌道条件等によって変化するため、いつ、どの局を用いてどの人工衛星を運用するかを、日々あるいは随時決定する。これを可視割り当てと呼ぶ。
　同時に運用する人工衛星の数が増加すると、複数の人工衛星間で可視時間帯が重なることも多くなる。このため、より効率的な運用を行うためには可視割り当てが重要となる。
　この問題を考慮した可視割り当て装置として、局の優先度および局ごとの人工衛星の優先度を指定したテーブルに基づき、処理順序テーブルを作成し、処理順序テーブルに指定された順に、可視時間が重複しないように可視割り当てを行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、可視の選択を入れ替える操作を繰り返し、入れ替えた解に変更するかどうかをメタヒューリスティクスの一種であるアニーリング法を用いて確率的に決定することで、可視割り当てを最適化する可視割り当て装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１０－２０８５９９号公報 特開２０１３－０４２４０９号公報
　特許文献１に開示されている可視割り当て装置によると、優先度の設定の内容によっては一部の人工衛星に偏った可視割り当てとなり、非効率となるおそれがある。また、特許文献２に開示されている可視割り当て装置によると、割り当てる可視の時刻が固定されているため、可視時間が重なる場合に割り当てができず、非効率となるおそれがある。
　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、可視割り当てが一部の衛星に偏らず、効率の良い可視割り当てを可能とすることを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る人工衛星の可視割り当て装置は、可視単位設定部と可視単位選択部と最適演算部とを含む。可視単位設定部は、可視情報から、１又は複数の衛星とその衛星と通信可能な１又は複数の局との組み合わせと、可視開始時刻の下限値及び可視終了時刻の上限値とを含む可視単位を設定する。可視単位選択部は、可視単位設定部にて設定した可視単位の中から可視単位の組合せを1つあるいは複数設定する。最適演算部は、可視単位の組合せの各々に対して、可視時間、可視間隔、可視開始時刻の下限値、可視終了時刻の上限値を含む制約を満たす範囲で、可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能かどうかを判定するとともに、設定可能な場合は可視開始時刻および可視終了時刻を最適化計算により算出する。可視単位選択部は、設定した可視単位の組合せの中から、最適演算部による可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能か否かの判定結果および設定可能と判定した場合に設定された可視開始時刻と可視終了時刻をもとに、使用する可視単位の組合せを選択する。
　上記構成の可視割り当て装置によれば、可視単位の組合せに対して、可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能かどうかの判定の結果および最適化計算により設定された可視開始時刻と可視終了時刻に基づいて、使用する可視単位の組合せを選択する。従って、可視時間を有効に利用した効率の良い割り当てが可能となる。
本発明の実施の形態にかかる可視割り当て装置が適用された人工衛星運用システムの構成を例示する図 図１に示す可視割り当て装置のハードウエア構成を示す図 図２に示す可視割り当て装置の機能構成を示す図 図３に示す可視割り当て装置に供給される可視情報の第1の例をテーブル形式で示す図 図４と同一内容をタイムチャート形式で示す図 図３に示す可視割り当て装置に供給される可視情報の第２の例をテーブル形式で示す図 図６と同一内容をタイムチャート形式で示す図 図３に示す可視単位設定部が作成する可視単位リストをテーブル形式で示す図 図８と同一内容をタイムチャート形式で示す図 図３に示す可視単位設定部が生成する可視単位と代表時刻とそれらに基づく可視割り当ての例をテーブル形式で示す図 図１０と同一内容をタイムチャート形式で示す図 図３に示すＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部の機能構成を示す図 図１２に示す評価指標設定部の機能構成を示す図 図３に示す可視単位選択部が実行する可視単位選択処理のフローチャート 図３に示すＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部が実行するＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適化計算処理のフローチャート
　以下、本発明の実施の形態に係る人工衛星の可視割り当て装置、人工衛星運用システム、可視割り当て方法およびプログラムを図面を参照しつつ説明する。以下の実施の形態において、同一の構成部分には同一の符号を付す。また、「データ中継衛星４－１～４－４」など、複数ある構成要素のいずれかを特定せずに示すときには、適宜、「データ中継衛星４」、「データ中継衛星４－ｉ」などと記載することがある。
　図１は、実施の形態にかかる可視割り当て装置１が適用される人工衛星運用システム１００の構成を例示する図である。
　図１に示すように、人工衛星運用システム１００は、可視割り当て装置１が設置される運用センター２、地上局３、データ中継衛星４、データ中継衛星管制局５、及び、運用対象の人工衛星６、を備える。
　なお、地上局３とデータ中継衛星４とデータ中継衛星管制局５とは、それぞれ、パラボラアンテナ等で構成されるアンテナ装置ＡＮＴとアンテナ装置ＡＮＴを制御する通信制御装置ＣＣＡとを備える。なお、地上局３とデータ中継衛星４とを、総称して、局３，４と呼ぶことがある。
　可視割り当て装置１と地上局３とデータ中継衛星管制局５とは、ネットワーク７を介して相互に通信可能に接続されている。
　なお、図１では、人工衛星６の数は任意である。また、２基の地上局３－１，３－２を図示したが、その数は任意であり１基でも、３基以上でもよい。同様に、データ中継衛星４とデータ中継衛星管制局５の数も、それぞれ、任意である。
　人工衛星運用システム１００は、人工衛星６及びデータ中継衛星４の軌道計算に必要な軌道データと、地上局３の位置情報とを、可視割り当て装置１の記憶装置１３（詳細は後述）に記憶する。地上局３の位置情報とは、例えば、緯度および経度を示す位置データである。
　ネットワーク７は、インターネット回線、専用通信回線、ＶＰＮ(Virtual Private Network)、ＬＡＮ（Local Area Network)、通信ケーブル、あるいはこれらの組み合わせから構成され、データを伝送する。ネットワーク７は、無線通信回線のみから構成されるか、有線通信回線のみから構成されるか、無線通信回線および有線通信回線の組み合わせから構成されるかを問わない。
　可視割り当て装置１は、運用対象となる１機又は複数機の人工衛星６に、地上局３及びデータ中継衛星４の可視時間をそれぞれ割り当てる。ここで、可視時間とは、可視の開始時刻（以下、ＡＯＳ(Acquisition Of Signal)時刻と称する）から終了時刻（以下、ＬＯＳ(Loss Of Signal)時刻と称する）によって規定される、通信可能な時間帯をいう。
　可視割り当て装置１は、可視割り当ての結果を地上局３及びデータ中継衛星管制局５へ送信し、データ中継衛星管制局５は、受信した可視割り当ての結果をデータ中継衛星４へ送信する。
　地上局３は、受信した可視割り当ての結果をもとに、運用対象となる個々の人工衛星６の可視の時間帯（ＡＯＳ時刻からＬＯＳ時刻までを含む時間帯）にアンテナを駆動し、人工衛星６を追尾する。
　データ中継衛星４も、データ中継衛星管制局５から受信した可視割り当ての結果をもとに、運用対象となる人工衛星６の可視の時間帯（ＡＯＳ時刻からＬＯＳ時刻までを含む時間帯）にデータ中継衛星４に搭載されたアンテナを駆動し、人工衛星６を追尾する。
　地上局３とデータ中継衛星４のアンテナの向きは、アンテナ位置から見た各時刻の人工衛星６の方向であり、駆動時刻と人工衛星６の軌道情報から計算できる。このため、可視割り当て装置１が出力する可視割り当て結果をもとに、地上局３及びデータ中継衛星４はアンテナを自動で駆動することができる。
　各人工衛星６は、割り当てられた可視時間に地上局３及びデータ中継衛星４を介してコマンド送信、データ受信等の運用を行う。各人工衛星６の運用は、運用センター２が実施する場合もあれば、１つあるいは複数の運用センター（図示省略）で実施される場合もある。いずれの場合も、ネットワーク７を通じて可視割り当て結果を人工衛星運用システム１００内で送受信することにより、割り当てられた可視時間の範囲内で人工衛星６の運用が可能となる。
　なお、ここでは運用センター２、地上局３及びデータ中継衛星管制局５が、別々の場所にあって全てがネットワーク７を介して接続される例を示したが、これらの一部が同一の場所にあっても良い。例えば、地上局３の１つが運用センター２を兼ねることも可能である。
　可視割り当て装置１の構成を、図２を用いて説明する。
　可視割り当て装置１は、コンピュータで実現され、ハードウエアとして、処理を実行するプロセッサ１１、プロセッサ１１のワークエリアとして機能するメモリ１２、プロセッサが実行するプログラムを記憶する記録媒体の一例である記憶装置１３、外部装置と通信する通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１４、データを入出力する入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１５、を備える。
　プロセッサ１１は、記憶装置１３に記憶されているプログラムをメモリ１２に展開して実行することにより、後述する可視割り当て処理を実行する。プロセッサ１１が実行するプログラムは、記憶装置１３にインストールされており、必要に応じてメモリ１２に呼び出される。
　メモリ１２は、ＲＡＭ（Random Access Memory)等を備え、プロセッサ１１のワークエリアとして機能する。
　記憶装置１３は、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ハードディスク装置、ＳＳＤ(Solid State Drive)等の不揮発性記憶媒体を含み、プロセッサ１１が実行する可視割り当て計画立案プログラムがインストールされている。このプログラムは、メモリ１２に呼び出され、プロセッサ１１により実行される。また、記憶装置１３は、可視情報及び可視割り当て条件（詳細は後述）を格納する。記憶装置１３が可視情報又は可視割り当て条件を格納していない場合、プロセッサ１１は、通信インターフェース１４を介して接続された外部のサーバ装置１９等から、これらのデータを読み込み、記憶装置１３に格納する。また、記憶装置１３は、可視割り当て装置１が生成した可視割り当て結果を記憶する。
　通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１４は、ネットワーク７を介して外部装置との間でデータを送信および受信する。例えば、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１４は、サーバ装置１９から可視情報及び可視割り当て条件を受信し、可視割り当て装置１が生成した可視割り当て結果を地上局３、データ中継衛星４等に送信する。
　入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１５は、ディスプレイ、キーボード、マウス、ＵＳＢ等の外部装置と接続され、例えば、人工衛星運用システム１００のオペレータによるキーボードおよびマウスへの操作、並びに、装着された記憶媒体から読み出されたデータの受信に用いられる。また、入出力インターフェース１５は、立案された可視割り当て計画を示すデータを、ディスプレイやプリンタ（図示しない）などに表示または出力してオペレータに示したり、装着された記憶媒体に書き込んだりする際のインターフェースとして用いられる。
　上記構成により、可視割り当て装置１は、図３に示すように、機能的には、可視単位設定部２１、可視単位選択部２２、ＡＯＳ時刻及びＬＯＳ時刻を最適化するＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３を備える。これらの各部は、可視割り当て計画立案プログラムで実装され、記憶装置１３に記憶されている。可視割り当て計画立案プログラムは、プロセッサ１１が読み出して、メモリ１２をワーキングメモリとして用いて実行することにより実現される。
　可視単位設定部２１は、可視割り当て装置１に入力される可視情報及び可視割り当て条件をもとに、可視単位を１つ以上設定する。可視単位とは、この実施の形態では、可視情報に含まれる個々の可視時間に必要な情報を付したものをいう。
　可視単位選択部２２は、可視単位設定部２１で設定した全ての可視単位の中から可視単位の組み合わせを１つあるいは複数通り設定し、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３に通知する。
　ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３は、可視単位の組み合わせの各々に対して、ｉ）制約を満たす範囲でＡＯＳ時刻およびＬＯＳ時刻を設定可能かどうか判定し、ii）設定可能な場合はＡＯＳ時刻およびＬＯＳ時刻を最適化計算により算出し、iii）算出したＡＯＳ時刻及びＬＯＳ時刻の評価指標値を計算する。ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３は、判定結果及び計算結果に基づいて、ｉ）ＡＯＳ時刻およびＬＯＳ時刻の設定の可否、ii）設定可の場合には、最適化計算で求めたＡＯＳ時刻およびＬＯＳ時刻と評価指標値とを可視単位選択部２２に通知する。
　可視単位選択部２２は、可視単位の組み合わせの中から、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３から通知された評価指標値に基づいて、使用する可視単位の組み合わせを選択し、記憶装置１３に一旦格納する。可視割り当て装置１の通信Ｉ／Ｆ１４は、送信部として、記憶装置１３に格納された使用する可視単位の組み合わせの情報を、サーバ装置１９，その情報を使用する各局３，４等に適宜送信する。
　ここで、可視割り当て装置１に供給される可視情報は、可視割り当ての対象とする全ての人工衛星６と局３，４との組み合わせに対して、衛星軌道、衛星搭載アンテナの視野等から可視時間を求める可視解析と呼ばれる計算を行い、その結果として得られる可視時間を可視割り当ての対象期間（例えば、１日間等）に渡って列挙したものである。図４、図５に可視情報の例を示す。例えば、図４の２行目に示したＮｏ．１は、人工衛星６－１が地上局３－１と時刻00:05から時刻00:15の間、通信可能であることを示している。
　図５は、図４に表形式で示した可視情報を、横軸に時刻をとった模式図で示したものである。図中で１～５の番号をつけた矩形は、図４のＮｏ．１～５にそれぞれ対応している。なお、通常、これら可視情報に示された可視時間の全てを利用することは不可能である。例えば、同じ人工衛星６－１に対する可視情報Ｎｏ．１とＮｏ．２とは、時刻00:10～00:15の間の５分間が重なっており、この時間帯は少なくとも地上局３－１と地上局３－２のいずれか一方を人工衛星６－１に割り当てることになる。また、同じ地上局３－２に対する可視情報Ｎｏ．２とＮｏ．５とは、時刻01:00～01:05の間の５分間が重なっている。この時間帯に地上局３－２は、人工衛星６－１と６－２のいずれにも割り当て可能であるが、同時に両方に割り当てることはできない。
　このように、２つの可視の可視時間に重なりがあり、双方の可視時間全てを利用することができない状態を可視競合あるいは単に競合と呼ぶ。実際には、１つの人工衛星において通信対象を２つの局の間で切り替える（この例では地上局３－１から地上局３－２に切り替える）場合、切り替えのためのむだ時間が必要となる場合が多い。そのため、可視時間に重なりがなくても、可視時間が十分近い場合には同様に競合が発生することがある。１つの局において、通信対象を２つの人工衛星の間で切り替える場合も同様である。
　なお、上述の可視情報に含まれる個々の可視の開始時刻及び終了時刻、例えば、図４のＮｏ．１における00:05と00:15とをそれぞれＡＯＳ時刻、ＬＯＳ時刻と呼ぶ場合もあるが、ここでは混乱を避けるため、これらについてはＡＯＳ時刻、ＬＯＳ時刻とは呼ばず、可視割り当ての結果として得られる通信可能時刻範囲についてのみ、ＡＯＳ時刻、ＬＯＳ時刻と呼ぶことにする。
　代わりに、この実施の形態では、可視開始時刻をＡＯＳ時刻下限値ts0、可視終了時刻をＬＯＳ時刻上限値te0と呼ぶ。この実施の形態では、ＡＯＳ時刻およびＬＯＳ時刻を可視開始時刻から可視終了時刻の間で設定するために、ＡＯＳ時刻下限値ts0に可視開始時刻を設定し、ＬＯＳ時刻上限値te0に可視終了時刻を設定する。ただし、他の条件によりＡＯＳ時刻を可視開始時刻に一致させることが望ましくない場合は、ＡＯＳ時刻下限値ts0を可視開始時刻よりも遅い時刻に設定しても良い。ＬＯＳ時刻上限値te0を可視終了時刻より前に設定してもよい。図４のNo.1の可視情報では、可視開始時刻＝ＡＯＳ時刻下限値ts0=00:05、可視終了時刻＝ＬＯＳ時刻上限値te0=00:15である。
　図３に示す可視単位設定部２１は、可視情報から、１又は複数の可視単位を設定する。
　具体的に説明する。まず、可視単位設定部２１には、図４，５に例示した可視情報と可視単位が満たすべき制約条件に相当する可視割り当て条件とが供給される。可視単位設定部２１は、供給された可視情報が示す可視時間Ｔ、即ち、開始時刻ts0から可視終了時刻te0までの時間と、可視割り当て条件に含まれている閾値Tcから、この可視情報から生成する可視単位の数Ncを以下のように決定する。
　Nc=ceil(T/Tc)
　ここで、ceil(x)はx以上の最も小さい整数への丸めを表す。
　次に、可視単位設定部２１は、各可視情報からNc個の可視単位を生成する。ここでは、ｉ番目の可視情報から生成するｋ番目の可視単位という意味で、可視単位s(i-k)(k=1, …, Nc)と表すこととする。次に、可視単位s(i-k)の代表時刻ｓ(i-k).tcを以下のように設定する。
s(i-k).tc=ts0+(k-1/2)×T/Nc　 (k=1,…,Nc)
　なお、可視時間Ｔが閾値Tcより小さい場合は、Nc=1となり、代表時刻はts0とte0の中点tc=(ts0+te0)/2となる。
　可視単位設定部２１における代表時刻設定の具体例を図６に示す可視情報を参照して具体的に説明する。なお、図７は、表示形式は異なるが図６と同一の可視情報を示す。
　ここでは、閾値Tcが３０分に設定されているとする。
　図６のNo.1の可視情報では、可視時間Tは、00:00から00:40までの４０分、No.2の可視情報では、可視時間Tは、00:15から00:25までの１０分間である。このため、No.1の可視情報から得られる可視単位の数はceil(40/30)=2、No.2の可視情報から得られる可視単位の数はceil(10/30)=1である。
　従って、可視単位設定部２１は、図８及び図９に示すように、図６のNo.1の可視情報から２つの可視単位s(1-1)とs(1-2)を生成する。可視単位設定部２１は、生成した可視単位s(1-1)とs(1-2)の代表時刻s(1-1).tcとs(1-2).tcを算出する。
　可視単位s(1-1)とs(1-2)の可視開始時刻ts0は00:00、可視終了時刻te0は、00:40であり、可視時間Tは４０分である。
　可視単位s(1-1)については、k=1,Nc=2である。これらの値を、代表時刻の定義式s(1-k).tcに代入すると、代表時刻s(1-1).tcは、00:10となる。また、可視単位s(1-2)については、k=2,Nc=2である。これらの値を、代表時刻の定義式s(1-k).tcに代入すると、代表時刻s(1-2).tcは00:30となる。
　また、可視単位設定部２１は、図８のNo.2の可視情報から、１つの可視単位s(2)を生成し、その代表時刻s(2).tcを00:20とする。
　このようにして、閾値Tcより長い可視時間Tを有する可視情報からは複数の可視単位を生成し、これらに別々の代表時刻を割り当てる。これにより、例えば、図１０及び図１１に示すように、人工衛星６－１に地上局３－１を00:00から00:10まで割り当て、地上局３－２を00:15から00:25まで割り当て、再び地上局３－１を00:30から00:40まで割り当てるといったことが可能になり、柔軟な可視割り当てが実現できる。
　可視単位設定部２１は、こうして生成した可視単位に必要な属性情報を付加して、割り当ての候補となる可視単位を生成する。以下の説明では、可視単位をs(i)と表す。ここで、iは可視単位を識別する番号である。可視単位設定部２１は、各可視単位に、人工衛星名、局名等の属性を与える。ここでは、これら属性をs(i)の後にドットをつけて表すこととする。可視単位設定部２１が可視単位に与える属性を以下に列挙する。
　s(i).sat：　　　人工衛星の名称、識別番号等の識別情報
　s(i).stn：　　　局の識別情報
　s(i).ts0：　　　ＡＯＳ時刻下限値
　s(i).te0：　　　ＬＯＳ時刻上限値
　s(i).r：　　　　データ伝送レート
　s(i).Tmin：　　 可視時間下限値
　s(i).tc：　　　 代表時刻
　s(i).w：　　　　重み係数
　可視単位設定部２１は、人工衛星の識別情報s(i).satと局の識別情報s(i).stnについては、可視情報に含まれる情報をそのまま設定する。
　可視単位設定部２１は、ＡＯＳ時刻下限値s(i).ts0として、可視情報が示す可視開始時刻を、ＬＯＳ時刻上限値s(i).te0として、可視情報が示す可視終了時刻を設定する。
　データ伝送レートs(i).rは運用対象の人工衛星６と局３又は４との組み合わせに応じて決まるものである。可視単位設定部２１は、可視割り当て条件に含まれている回線速度に基づいて、この属性値を設定する。例えば、人工衛星６－１が地上局３－１と通信する際に使用する回線の速度が100Mbpsであれば、人工衛星６－１と地上局３－１に関する可視単位に対してデータ伝送レートs(i).r=100と設定する。
　可視時間下限値s(i).Tminは、可視単位を割り当てる際に要求される最短の可視時間である。可視単位設定部２１は、可視割り当て条件に含まれている可視時間下限値に基づいて、この属性値を設定する。あまり短い可視時間を割り当てても、運用が煩雑になる、あるいは、必要なデータを伝送しきれないなどの理由で、その可視時間Tを運用に使えない場合がある。このため、1回の可視に最低限割り当てるべき時間を可視時間下限値s(i).Tminとして与える。可視単位設定部２１は、可視時間下限値s(i).Tminとして、全ての可視単位に同一の値を定数として設定しても良いし、人工衛星６毎、局３，４毎に異なる値を設定しても良い。また、個々の可視単位に個別の値を設定することもできる。なお、可視時間下限値s(i).TminがＡＯＳ時刻下限値s(i).ts0とＬＯＳ時刻上限値s(i).te0との差（即ち、可視時間）よりも大きい場合、すなわち、s(i).Tmin>s(i).te0-s(i).ts0の場合、その可視単位s(i)は可視時間下限値の要件を満たすことができないため、可視割り当ての対象から予め除いておく。
　代表時刻s(i).tcの設定方法は前述の通りである。
　可視単位を生成する処理の流れを、図６のNo.1に示す可視情報を例に説明する。
　この可視情報が提供されると、可視単位設定部２１は、前述のように、図８に示す可視単位s(1-1)とs(1-2)を設定し、それぞれの代表時刻を00:10と00:30に設定する。可視単位設定部２１は、可視単位s(1-1)とs(1-2)に、人工衛星の識別情報s(i).satとして「６－１」、局の識別情報s(i).stnとして「３－１」を設定する。また、可視単位設定部２１は、ＡＯＳ時刻下限値s(i).ts0として、「00:00」、ＬＯＳ時刻上限値s(i).te0として、「00:40」を設定する。可視割り当て条件が、人工衛星６－１と地上局３－１との間の通信速度を80Mbpsと設定していれば、可視単位設定部２１は、例えば、データ伝送レートs(i).rに「80」を設定する。可視割り当て条件が人工衛星６－１の通信に関し、可視時間下限値として、２０分を指定しているとすれば、可視単位設定部２１は、可視時間下限値s(i).Tminとして２０分を与える。代表時刻については、上述の通りである。
　可視単位設定部２１は、さらに、可視単位s(i)に関して、重み係数wを設定する。
　以下、重み係数wの設定について説明する。
　可視割り当て装置１は、人工衛星６の可視時間を最大限に有効活用することを目的としている。そのため、後で説明するようにＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３においては、評価指標の１つとして人工衛星６ごとの可視時間Ｔを極力長く確保することを考慮する。しかし、人工衛星６毎に必要となる可視時間が異なり、人工衛星６と局３，４の組み合わせによって通信速度rが異なるため、同じ可視時間Ｔでも通信できるデータ量に差が出る場合があり、さらに、人工衛星６の軌道位置または時間帯によって可視時間Tの重要度が変わってくることもある。そこで、各可視単位s(i)に重み係数を設定し、可視時間の重要度の違いを重み係数に反映する。このような考え方に基づき、各可視単位s(i)の重み係数s(i).wを次式のように３つの係数の掛け算の形で設定する。
　s(i).w=w_sat(s(i).sat)×w_stn(s(i).sat, s(i).stn)×w_t(s(i).sat, s(i).tc)
　ここで、w_sat(s(i).sat)は、人工衛星６ごとに必要な可視時間の違いを反映する重み係数である。例えば、人工衛星Ａと人工衛星Ｂの必要可視時間の比がa:bである場合、可視単位設定部２１は、w_satの比を、例えば、1/a:1/bに設定する。
　w_stn(s(i).sat, s(i).stn)は、人工衛星６と局３，４の組み合わせに応じた重み係数である。重み係数w_stn(s(i).sat, s(i).stn)は、通常、人工衛星６と局３，４の組み合わせに応じた通信速度ｒの違いを考慮するために、通信速度ｒが大きい程大きく設定する。ただし、他の条件で重みを設定することも可能である。例えば、特定の人工衛星６に特定の局３，４を優先して使用させる場合等に、その組み合わせについて大きい重みを設定することができる。
　また、w_t(s(i).sat, s(i).tc)は、人工衛星６と可視単位s(i)の時間帯についての重み係数である。
　重み係数w_stn(s(i).sat, s(i).stn)に関しては、例えば、人工衛星６と局３，４の組み合わせ毎に重みをテーブル形式、関数形式等で設定しておき、該当する組み合わせに対応する重み係数を読み出して設定するようにすればよい。
　同様に、時間帯についての重み係数w_t(s(i).sat, s(i).tc)に関しては、例えば、人工衛星６と可視単位s(i)の時間帯の組み合わせ毎に重みをテーブル形式、関数形式等で設定しておき、該当する組み合わせに対応する重み係数を読み出して設定するようにすればよい。
　可視単位設定部２１は、こうして設定した可視単位s(i)と付随する属性をリスト化した可視単位リストを可視単位選択部２２に出力する。
　可視単位選択部２２は、可視単位設定部２１から供給された可視単位リストに含まれる可視単位s(i)のうちのいずれを採用し、可視単位s(i)のうちのいずれを採用しないかの組み合わせを求める。可視単位選択部２２は、求めた組み合わせをＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３に出力し、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３からの解に基づいて、使用する可視単位の組み合わせを選択し、記憶装置１３に格納する。
　次に、可視単位選択部２２の可視単位選択処理の詳細を説明する。
　可視単位設定部２１は、可視情報を基に、複数の可視単位を設定する。可視割り当てにおいては、これら可視単位のうちのどれを使用してどれを使用しないかという組み合わせを決定する必要がある。可視単位選択部２２は、この組み合わせの選択を行う。このような、何らかの基準（評価指標）のもとでの組み合わせの選択は、一般に組み合わせ最適化問題と呼ばれる。組み合わせ最適化問題は、組み合わせの総数が少ない場合は、それぞれの組み合わせに対して評価指標を計算して比較することで、最適解を得ることができるが、問題の規模、すなわち可視割り当てにおいては、可視単位の数が大きくなると、組み合わせ数が爆発的に増加し、そのような総当たり的な手法は適用困難となる。そのため、組み合わせを効率的に探索するための様々な組み合わせ最適化手法が提案され、利用されている。一例として、特許文献２に開示されているアニーリング法（模擬焼きなまし法）が知られている。
　可視単位選択部２２における可視単位の組み合わせ選択においても、これらの組み合わせ最適化手法を適用することができる。
　本実施の形態では、以下、可視単位選択部２２が、比較的単純な組み合わせ最適化手法である局所探索法を用いて、最適あるいはそれに準ずる組み合わせを求める手法を説明する。なお、局所探索法は、適当な解を初期解として、解を少しずつ変更し、逐次、より良い解を求めていくことで最適解あるいはそれに準ずる解に到達する手法である。
　ここで、可視単位s(i)の使用の有無を、「s(i).used」で表すこととする。この「s(i).used」は、値「０」が可視単位s(i)を使用しないことを意味し、値「１」が可視単位s(i)を使用することを意味する。即ち、s(i).used=1のとき、可視単位s(i)を使用し、s(i).used=0のとき、可視単位s(i)を使用しない。
　全ての可視単位s(i)に対して使用有無を指定したものを、以下では「解」と呼ぶ。また、「解」のうち、与えられた種々の制約を満たすものを実行可能解と呼ぶ。
　なお、本実施の形態においては、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３において、与えられた制約を考慮してＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻を最適化すると共にＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻の設定の可否を判定する（詳細は後述）。このため、実行可能とはＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻の設定可能と同義である。実行可能でない解を実行不可能解と呼ぶ。
　可視単位選択部２２は、初期解を生成する。初期解は、何らかの実行可能解であればよい。例えば、可視単位のうちの１つのみs(i).used=1とし、他の可視単位は全てs(j).used=0(j≠i)としたものでもよい。
　可視単位選択部２２は、現在の解に対し、その近傍の解を次の候補解としてリストアップする。なお、現在の解は、処理開始時は初期解に等しい。また、近傍とは、現在の解の一部のみに変更を加えたものを意味する。近傍の定義としては様々なものが考えられる。ここでは、「反転」と「入れ替え」の２つの近傍を考慮する。「反転」は、現在の解において、任意の１つの可視単位について、その使用有無を反転させることを意味する。例えば、任意の1つの可視単位s(i)について、s(i).used=0であればs(i).used=1に変更し、s(i).used=1であればs(i).used=0に変更する。近傍「反転」に含まれる候補解の個数は、可視単位数をＮとするとＮ通りとなる。
　「入れ替え」は２つの可視単位の使用有無を入れ替えることを意味する。すなわち、s(i).used≠s(j).usedである２つの可視単位s(i)とs(j)について、s(i).usedとs(j).usedの値を入れ替える。ただし、これら２つの可視単位s(i)とs(j)としては、競合関係にあるもののみを対象とする。近傍「入れ替え」に含まれる候補解の個数は、最大で、Ｎ個から2個を選択する場合の数となる。しかし、実際にはs(i).used≠s(j).usedという条件と競合するという条件とを満たす２つの可視単位のみが対象となるため、それよりも少なくなる。
　なお、局所探索法における近傍として「反転」と「入れ替え」の２つを考慮したが、近傍の定義としてはこれらに限るものではなく、他の近傍を考慮することも可能である。例えば、可視単位の順列について、代表時刻の昇順と決めてもよし、順番の入れ替えを許し、２つの可視単位の順列入れ替えを別の近傍として考慮することもできる。
　可視単位選択部２２は、このようにして得られた可視単位の組み合わせをＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３に提供する。
　可視単位選択部２２は、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３の処理により得られた設定可否の情報、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻、評価指標値を用いて、可視単位の組み合わせのうちの最適解を特定して可視割り当て結果とする。
　次に、図３に示すＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３は、可視単位選択部２２から入力された候補解に含まれる可視単位s(i)それぞれのＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻を、線形計画問題として定式化し、解くことにより最適化演算を行って、ＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻を求める。線形計画問題においては、全ての制約条件を、最適化変数に対して線形の等式あるいは不等式で表し、評価指標を最適化変数に対する線形関数として表す。線形計画問題に対しては、制約条件を満たす解があるときには、比較的、短時間の処理により、確実に最適解を求め得る汎用のアルゴリズムが多数、存在するので、これらを使用することが可能である。
　ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３は、可視単位選択部２２が生成した可視単位の組み合わせである候補解それぞれについて、ＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻の最適化計算処理を行う。以下の説明においては、候補解においてs(i).used=1である可視単位の組み合わせ、すなわち、使用する可視単位の組み合わせs(i)(i=1,…, n)が与えられたとして説明を行う。なお、可視単位s(i)は代表時刻の昇順に並んでいるものとする。ただし、局所探索法において順列入れ替えも考慮した場合はその限りではない。また、最適化変数となる各可視単位s(i)のＡＯＳ時刻、ＬＯＳ時刻を、それぞれs(i).ts、s(i).teと表す。
　ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３は、図１２に示すように、制約条件設定部３１、評価指標設定部３２、線形計画ソルバ３３、最適化演算結果処理部３４を備える。
　制約条件設定部３１は、可視単位選択部２２から供給された可視単位の組み合わせについて、制約条件を定義する制約条件式を設定する。制約条件設定部３１は、可視単位選択部２２から供給された可視単位の組み合わせと、設定した制約条件式を線形計画ソルバ３３に出力する。
　評価指標設定部３２は、可視単位選択部２２から供給された可視単位の組み合わせについて、評価指標及び追加の制約条件式を設定する。評価指標設定部３２は、設定した評価指標及び追加の制約条件式を線形計画ソルバ３３に出力する。
　線形計画ソルバ３３は、制約条件式および評価指標を用いて、与えられた可視単位の組み合わせについて最適化計算を行い、実行可能解を求める。線形計画ソルバ３３は、実行可能性を判別し、実行不可能である場合にその旨を出力として返す。
　最適化演算結果処理部３４は、線形計画ソルバ３３の出力を受け、実行可能解の有無を判定する。最適化演算結果処理部３４は、実行可能解が無い、即ち、実行不可能であった場合は、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻設定可否を「不可」として出力するのみである。一方、実行可能であった場合は、最適化演算結果処理部３４はＡＯＳ／ＬＯＳ時刻設定可否を「可」として出力する他、最適解に対応したＡＯＳ時刻、ＬＯＳ時刻、および、評価指標値を出力する。
　次に、図１２に示す制約条件設定部３１が設定する制約条件について、数式を用いてより詳細に説明する。
　まず、ＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻について、それぞれ下限値、上限値の制約が以下の線形不等式(1-1)、(1-2)にて与えられる。
s(i).ts ≧ s(i).ts0 ・・・ (1-1)
s(i).te ≦ s(i).te0 ・・・ (1-2)
　前述のように、s(i).tsは可視単位s(i)のＡＯＳ時刻、s(i).teは可視単位s(i)のＬＯＳ時刻である。s(i).ts0は、可視単位s(i)の可視開始時刻、s(i).te0は、可視単位s(i)の可視終了時刻である。
　さらに、可視時間下限値の制約が以下の線形不等式(2)にて与えられる。
s(i).te -s(i).ts ≧ s(i).Tmin ・・・ (2)
　次に、可視間隔の制約について説明する。同一の人工衛星６で、連続して異なる２つの局３、４を使用する場合、通常、人工衛星６に搭載したアンテナの向きを変更する、あるいは搭載機器の切り替え等のために、切り替え時間が必要となる。また、同一の局３，４で、連続して異なる２つの人工衛星６の間を切り替える場合にも同様に切り替え時間が必要となる。そこで、切り替え時間に関する制約を以下の線形不等式(3)にて与える。
s(j).ts - s(i).te ≧ΔTmin ・・・ (3)
　ただし、上記制約の対象とする可視単位s(i)、s(j)は、j>iかつ、同一人工衛星６かつ異なる局３，４である場合、即ち、s(j).sat=s(i).sat かつs(j).stn≠s(i).stnの場合、もしくは、異なる人工衛星６かつ同一局３，４である場合、即ち、s(j).sat≠s(i).sat かつ s(j).stn=s(i).stnのみとする。また、可視間隔の下限値ΔTminは、予め定数として与える。あるいは、s(i).Tminのように、人工衛星６と局３，４の違いに応じてΔTminを制約式ごとに別々の値とすることも可能である。
　次に、図１２に示す評価指標設定部３２による評価指標の設定について図１３を参照して説明する。
　図１３に示すように、評価指標設定部３２は、重み付き可視時間設定部３２１、可視間隔最大値設定部３２２、データ蓄積率最大値設定部３２３、スカラー化評価指標設定部３２４を備える。
　重み付き可視時間設定部３２１は、人工衛星６ごとの重み付きの可視時間について、後述する式(4)の等式制約を設定する。
　可視間隔最大値設定部３２２は、人工衛星毎の可視間隔最大値について、後述する式(5)の不等式制約を設定する。
　データ蓄積率最大値設定部３２３は、各可視単位のＡＯＳ時刻におけるデータ蓄積率について後述する式(6)の不等式制約を設定し、可視間のデータ量収支条件として後述する式(7)の不等式制約を設定する。
　なお、以下の説明では、考慮対象のパラメータのうち、人工衛星６－ｈの名称を示す値をsath、人工衛星６－ｈの重み付き可視時間合計値をd(sath)と記載し、人工衛星６－ｈの可視間隔最大値をΔt(sath)、人工衛星６－ｈのデータ蓄積率最大値をu(sath)と記載する。これらは、評価指標を構成するパラメータであるが、各人工衛星６の可視単位のＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻との関係式として追加の制約条件を付加した上で、評価指標として考慮する。
　重み付き可視時間設定部３２１がパラメータとしてスカラー化評価指標設定部３２４に設定する人工衛星６－ｈの重み付き可視時間合計値d(sath)と、人工衛星６－ｈのＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻との間に、下式(4)の等式制約条件を設定する。
　d(sath)=Σs(i).w×(s(i).te-s(i).ts)・・・(4)
　ただし、上記の和（Σ）は、s(i).sat＝sathである可視単位s(i)についてのみとする。
　可視間隔最大値設定部３２２がパラメータとしてスカラー化評価指標設定部３２４に設定する人工衛星６－ｈの可視間隔最大値Δt(sath)を、下式(5)に示す不等式により制約する。
　s(j).ts - s(i).te ≦ Δt(sath) ・・・ (5)
　式(5)は、s(i).sat=s(j).sat=sathである、連続する可視単位s(i),s(j)の全ての組み合わせに設定される。
　データ蓄積率最大値u(sath)は、人工衛星６－ｈのデータ記憶量に関するもので、蓄積データ率の上限値を示す。例えば、人工衛星６－ｈが地球観測衛星であるとき、人工衛星６－ｈは、地球上の複数の観測対象の領域を観測し、観測の結果として得られたデータを、順次、人工衛星６－ｈの記憶装置に記憶する。従って、観測の結果として得られたデータの全てを活用するためには、人工衛星６－ｈは、その記憶装置に記憶されたデータの量が、記憶装置の記憶容量の上限に達するまえに、このデータを地上局３又はデータ中継衛星４に送信する必要がある。
　そのため、可視割り当てにおいては、衛星のデータ蓄積率を極力抑えられるような割り当てが求められる。そこで、データ蓄積率最大値設定部３２３は、各可視単位のＡＯＳ時刻におけるデータ蓄積率をs(i).uというパラメータで表現し、不等式制約(6)を設定する。
　0≦s(i).u≦u(sath)　　・・・(6)
　ここで、上式はs(i).sat=sathである可視単位全てに対する制約式である。
　さらに、データ蓄積率最大値設定部３２３は、可視単位s(i)におけるデータ量の収支条件として、下式(7)に示す不等式制約を設定する。
　s(i).u-s(i).r×(s(i).te-s(i).ts)/vmax(sath)+s(j).uinc ≦ s(j).u ・・・ (7)
　式(7)は、s(i).sat=s(ｊ).sat=sathである任意の連続する２つの可視単位s(i)とs(j)の全ての組み合わせに設定される。また、vmax(sath)は人工衛星sathのデータ容量上限値、s(j)．uincは、可視単位s(i)のＡＯＳ時刻から可視単位s(j)のＡＯＳ時刻までの間に人工衛星sathの記憶装置に記憶されるデータ蓄積率の増分であり、これらの値は、予め決められている。
　スカラー化評価指標設定部３２４は、重み付き可視時間設定部３２１、可視間隔最大値設定部３２２およびデータ蓄積率最大値設定部３２３から設定されたパラメータを、下式(8)に示す評価指標Ｆとする。なお、Ｈは運用対象の人工衛星６の総数とする。
　F = {d(sat1),・・・,d(satH),-Δt(sat1),・・・,-Δt(satH),-u(sat1),・・・, -u(satH)} ・・・ (8)
　ここで、重み付き可視時間は最大化、可視間隔最大値とデータ蓄積率最大値は最小化を考慮するため、可視間隔最大値とデータ蓄積率最大値に対してはマイナス符号を付与して最大化問題に統一している。
　上式(8)に示した評価指標Ｆは、3×Hのパラメータを含むベクトル値である。しかしながら、スカラー化評価指標設定部３２４は、多目的線形計画法の手法を導入し、ベクトル値の評価指標Ｆをスカラー化し、評価指標を求める。スカラー化の手法としては、公知の任意の手法を使用できる。
　スカラー化評価指標設定部３２４は、評価指標Ｆをスカラー値化して得られた評価指標を、線形計画ソルバ３３に出力する。
　図１２に示す線形計画ソルバ３３は、制約条件式および評価指標を用いて最適化計算を行う。線形計画問題に関しては、汎用的なアルゴリズムが多数知られており、汎用のソルバにより最適解を効率的に求めることができる。
　図１２に示す最適化演算結果処理部３４は、線形計画ソルバ３３の出力した最適解を受け、実行可能であった場合は、線形計画ソルバ３３が出力した最適解における最適化変数から、ＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻をそれぞれ抽出し、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻設定「可」を示す情報、最適解に対応したＡＯＳ時刻とＬＯＳ時刻、および、評価指標値を、可視単位選択部２２に出力する。また、最適化演算結果処理部３４は、実行不可能であった場合は、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻設定可否を「不可」として出力する。
　以下、人工衛星運用システム１００の動作を説明する。
　人工衛星運用システム１００のオペレータが可視割り当て装置１に対して人工衛星６の可視割り当て計画の立案を開始させる処理を行うと、可視割り当て装置１は、可視割り当て処理プログラムを実行する。すると、プロセッサ１１は、外部のサーバ装置１９が保有する軌道・位置ＤＢから、データ中継衛星４と人工衛星６それぞれの軌道データと、地上局３の位置データとを読み出し、図４等に例示した可視情報を作成し、記憶装置１３に格納する。なお、外部のサーバ装置１９で、可視情報を作成し、これを、通信Ｉ／Ｆ１４又は入出力Ｉ／Ｆ１５を介して受信し、これを記憶装置１３に格納してもよい。
　また、プロセッサ１１は、外部のサーバ装置１９等から、予め、可視割り当て条件を取り込んで、記憶装置１３に格納しているものとする。
　可視割り当て装置１の可視単位設定部２１は、記憶装置１３に格納されている可視情報から、可視単位s(i)を作成し、作成した可視単位s(i)それぞれに、「人工衛星の名称s(i).sat」などの属性を付す。
　可視単位選択部２２は、可視単位s(i)の組み合わせを作成する。
　次に、可視単位選択部２２の処理の詳細を、図１４を参照してさらに説明する。図１４は、可視単位選択部２２の処理のフローチャートである。
　図１４に示すように、可視単位選択部２２は、可視単位s(i)の組み合わせのいずれか１つを、初期解として設定する。可視単位選択部２２は、設定した初期解を現在の解とする。さらに、初期解について、評価指標値を計算する（ステップＳ１００）。例えば、初期解について、ステップＳ２の処理と同様にＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適化計算処理を実行することにより、実行可能性及び評価指標置を求める。なお、初期解として、どの可視単位も選択しない状態を設定することも可能である。この場合、評価指標値を十分に小さい値としておけばよい。
　次に、可視単位選択部２２は、現在の解から複数の候補解を作成する（ステップＳ１０２）。
　次に、可視単位選択部２２は、作成した候補解のリストを作成する（ステップＳ１０４）。
　可視単位選択部２２は、リストの中から処理対象の候補解を１つ選択する（ステップＳ１０６）。
　次に、ステップＳ２において、可視単位選択部２２は、ステップＳ１０６の処理により選択した処理対象の候補解を記憶し、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３に出力する。また、可視単位選択部２２は、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３から、候補解が実行可能解であるか否かを示す情報、さらに、実行可能解である場合には、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻と評価指標値を受ける。可視単位選択部２２は、受信した情報を候補解と対応付けて記憶する。なお、ステップＳ２の処理の詳細を、図１５を参照して後述する。
　次に、可視単位選択部２２は、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３の最適化計算処理により処理した候補解が、現在の解と比べて改善したものであるか否かを、それぞれの評価指標値を比較することにより判別する（ステップＳ１０８）。
　ステップＳ１０８において、今回処理した候補解の評価指標値が現在の解の評価指標値よりも大きい場合、即ち、改善した場合、処理はステップＳ１１２に進む。今回処理した候補解の評価指標値が現在の解の評価指標値以下の場合、即ち、改善しない場合、処理はステップＳ１１０に進む。なお、実行可能解が得られなかった場合も、ステップＳ１１０に進む。
　ステップＳ１１０において、ステップＳ１０４の処理において作成したリストが含む候補解の全てに対するループ処理が完了したか否かを判断する。ループ処理が完了したとき（ステップＳ１１０の処理においてＹ）にはステップＳ１１２の処理に進む。ループ処理が完了していないとき（同、Ｎ）にはステップＳ１０６の処理に戻る。
　ステップＳ１１２において、今回のループ処理で改善解が得られているか否かを判別する。
　改善解が得られている場合（ステップＳ１１２の処理においてＹ）、現在の解を改善解で置き換え（ステップＳ１１６）、ステップＳ１０２の処理に進み、さらに、候補解を作成して、同様の処理を行う。
　一方、ステップＳ１１２の処理において改善解が得られていないと判断された場合、現在の解を最適解として記憶装置１３に記憶する（ステップＳ１１４）。
　なお、上記説明では、ステップＳ１０８において、現在の解を改善する解を得た（改善解を得た）と判断したときに、すぐにループを抜け、ステップＳ１１２に進むこととした。この手法を一般に「初回改善」と呼ぶ。これに対し、改善解を得たと判断しても直ちにループをぬけるのではなく、作成したリストが含む候補解の全てに対してループ処理を行った後に、最も評価指標値の良い解を選択し、ステップＳ１１２に進むようにしても良い。この手法は一般に「最良改善」と呼ばれる。ステップＳ１１４の処理において記憶された最適解を立案された可視割り当て計画とする。
　次に、図１５を参照して、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３の処理をさらに説明する。図１４に示す処理のステップＳ１０６の処理が終了した後に、図１５の処理を実行する。　まず、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３の制約条件設定部３１は、制約条件を、可視割り当て条件を考慮して、線形計画ソルバ３３に設定する（ステップＳ２００）。
　次に、評価指標設定部３２は、式(8)に示す評価指標Ｆから得られたスカラー値の評価指標を線形計画ソルバ３３に設定する。また、追加の制約条件式を線形計画ソルバ３３に設定する（ステップＳ２０２）。
　ステップＳ２０４において、線形計画ソルバ３３は、設定された制約条件式および評価指標を用いて、可視単位選択部２２から与えられた可視単位の組み合わせに対する線形計画問題を解き、その結果を出力する。
　続いて、ステップＳ２０６において、最適化演算結果処理部３４は、出力された結果を、可視単位選択部２２に通知する。具体的には、最適化演算結果処理部３４は、出力された結果に基づき、（１）候補解が実行不可能解である場合には、「候補解が実行不可能解であること」を、（２）候補解が実行可能解である場合には、（i）通知された候補解が実行可能解であること、（ii）可視単位s(i)それぞれの最適化されたＡＯＳ時刻およびＬＯＳ時刻、（iii）評価指標値、を、可視単位選択部２２に通知する。
　可視単位選択部２２は、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３の処理結果に基づいて、人工衛星６を運用するための最適解を得て、記憶装置１３に格納する。
　プロセッサ１１は、この最適解を、立案した可視割り当て計画として、ネットワーク７を介して地上局３とデータ中継衛星管制局５に送信する。データ中継衛星管制局５は、受信した可視割り当て計画を、データ中継衛星４に送信する。
　地上局３とデータ中継衛星４の各通信制御装置ＣＣＡは、受信した可視割り当て計画と軌道データおよび位置データとに基づいて、アンテナ装置ＡＮＴを制御して、運用対象となる人工衛星６のいずれかを追尾させる。この追尾の結果、人工衛星６との通信が可能となると、通信制御装置ＣＣＡは、アンテナ装置ＡＮＴを介して人工衛星６との通信を行い、人工衛星６の運用を行う。
　優先度を利用する従来の人工衛星の可視割り当て方法によれば、人工衛星それぞれに対する優先度の設定によって、人工衛星それぞれに割り当てる運用時間に偏りが生じる可能性がある。つまり、高い優先順位が設定された人工衛星に偏って長い運用時間を割り当てられたり、反対に低い優先順位が設定された人工衛星に偏って短い運用時間を割り当てられたりする可能性がある。
　また、このような従来の方法によれば、複数の人工衛星で可視時間が重複するときには、複数の人工衛星の可視時間を最大限に有効利用できない可能性もある。さらに、人工衛星それぞれに設定すべき優先度の決定は非常に難しく、この決定には試行錯誤が必要とされたり、オペレータの多くの負担が必要とされたりする。
　一方、以上説明した可視割り当て装置１においては、人工衛星それぞれに優先度を設定する必要はなく、また、複数の地上局３及びデータ中継衛星４のアンテナによる複数の人工衛星に対する常に最適化された可視割り当て計画を自動的に立案できるので、これらの問題を解消することができる。また、可視割り当て装置１によれば、複数の人工衛星の可視時間が重複するときに、可視時間を短い時間に区切って利用しても、複数のアンテナと複数の人工衛星との組み合わせの種類の増加を抑制できる。従って、複数の地上局３とデータ中継衛星４のアンテナによる複数の人工衛星に対する最適化された可視割り当て計画を、実用的な処理時間により立案することができる。
　また、人工衛星運用システム１００においては、それぞれ最適なＡＯＳ時刻，ＬＯＳ時刻を含む複数の可視単位s(i)からなる最適解を得る。また、可視割り当て計画立案プログラムの処理においては、図１０及び図１１に示したように、比較的長い可視時間を分割して用いることができる。従って、人工衛星６が可視な時間を最大限に利用した効率的な可視割り当て計画を立案でき、可視時間を柔軟に、しかも、効率的に利用できる。
　また、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３においては、評価指標設定部３２が、それぞれ異なる事象を示す複数のパラメータを含む評価指標Ｆをスカラー値化して得た評価指標を用いた線形計画による最適化を行う。従って、可視割り当て装置１が立案した可視割り当て計画においては、人工衛星６および局３，４それぞれの属性、例えば、通信速度、通信可能なデータの容量、重み付き可視時間、可視間隔最大値、データ蓄積率最大値などの異なる指標を、バランスよくきめ細かく考慮に入れたＡＯＳ時刻及びＬＯＳ時刻が得られる。
　なお、図１には、人工衛星運用システム１００が１つの可視割り当て装置１のみを備える場合を示したが、人工衛星運用システム１００は複数の可視割り当て装置１を備えてもよい。
　また、図１４では、可視単位選択部２２が、「初回改善」により、最適解を求める例を示したが、可視単位選択部２２は、「最良改善」により、最適解を求めてもよい。「最良改善」を行うとき、可視単位選択部２２は、図１４のステップＳ１０８の処理を行わない。その代わり、ステップＳ１１２の処理において、候補解の中で評価指標値の最も大きい解の評価指標値を現在の解の評価指標値と比較する。
　なお、実施の形態においては、可視情報を１日を単位として作成する場合を説明したが、可視情報を、他の単位、例えば、１時間、１週間、または、１か月を単位として作成してもよい。
　また、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３が、線形計画以外の最適化手法を対応するソルバを用いて解くようにしてもよい。例えば、制約条件はそのままとして、評価指標を最適化のための変数の２次関数とする２次計画手法を用いるようにして、効率よく最適解を求めることもできる。
　なお、図１４の処理では、改善解を得られている限り計算を継続するが、計算時間や繰り返し回数等にあらかじめ閾値を設けておいて、閾値を超えたところで終了しても良い。その場合も、ある程度改善した解を得ることができるので、可視割り当て結果としては十分効率的なものを得ることが期待できる。また、実施形態における「値が最も大きい」という用語を、最適解を与えることを条件として、可視割り当て計画立案プログラムの処理内容に応じて「値が最も小さい」などの用語に変更することもできる。
　上記実施の形態では、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３が評価指標値を求め、可視単位選択部２２が、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３から提供される評価指標値を使用する例を示したが、可視単位選択部２２が評価指標値を計算するようにしてもよい。この場合、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３は、評価指標値の演算に必要な情報を可視単位選択部２２に供給する。また、可視単位選択部２２での評価では、２つの解の比較ができればよいため、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３での評価指標とは異なり、複数の評価指標を別途設定して、用いる構成としてもよい。例えば、式(8)のベクトル評価指標Ｆをスカラー化せずに用いることも可能である。その他、可視単位選択部２２とＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３の役割分担は適宜設定可能である。
　本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施の形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　また、本発明の実施の形態では、可視単位設定部２１、可視単位選択部２２、及び、ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３の全てを同一のコンピュータ上で実現させる例を示したが、これらの一部を別のコンピュータにおいて同様に実現させる構成としても良い。例えば、可視単位設定部２１を可視単位選択部２２及びＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部２３とは異なるコンピュータ上で実行した場合、設定した可視単位リストはサーバ装置１９に保存し、コンピュータからは通信インターフェース１４を介してアクセスする構成とすれば良い。
　また、コンピュータを上記人工衛星の可視割り当て装置として機能させ、或いは、上気可視割り当て方法を実行させるプログラムを記録媒体に記録して配布などしてもよい。
　１　可視割り当て装置、２　運用センター、３（３－１，３－２）　地上局、４　データ中継衛星、５　データ中継衛星管制局、　６（６－１～６－４）　人工衛星、　７　ネットワーク、１１　プロセッサ、　１２　メモリ、　１３　記憶装置、１４　通信インターフェース、　１５　入出力インターフェース、１９　サーバ装置、２１　可視単位設定部、２２　可視単位選択部、２３　ＡＯＳ／ＬＯＳ時刻最適演算部、３１　制約条件設定部、３２　評価指標設定部、３３　線形計画ソルバ、３４　最適化演算結果処理部、１００　人工衛星運用システム、３２１　重み付き可視時間設定部、３２２　可視間隔最大値設定部、３２３　データ蓄積率最大値設定部、３２４　スカラー化評価指標設定部。

Claims (8)

  1. 　１又は複数の人工衛星を追跡管制運用するために１又は複数の局の可視時間を割り当てる、人工衛星の可視割り当て装置であって、
    　可視単位設定部と可視単位選択部と最適演算部とを含み、
    　前記可視単位設定部は、可視情報から、衛星とその衛星と通信可能な局との組み合わせと可視開始時刻の下限値及び可視終了時刻の上限値とを含む可視単位を設定し、
    　前記可視単位選択部は、前記可視単位設定部にて設定した可視単位の中から可視単位の組合せを1つあるいは複数設定し、
    　前記最適演算部は、前記可視単位の組合せの各々に対して、可視時間、可視間隔、可視開始時刻の下限値、可視終了時刻の上限値を含む制約を満たす範囲で、可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能かどうかを判定するとともに、設定可能な場合は可視開始時刻および可視終了時刻を最適化計算により算出し、
    　前記可視単位選択部は、設定した前記可視単位の組合せの中から、前記最適演算部による可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能か否かの判定結果および設定可能と判定した場合に設定された可視開始時刻と可視終了時刻をもとに、使用する可視単位の組合せを選択する、
    　人工衛星の可視割り当て装置。
  2. 　請求項１に記載の人工衛星の可視割り当て装置において、
    　前記可視単位設定部は、少なくとも1つの可視を複数の可視単位とみなし、それぞれの可視単位に対して代表時刻を異なる値に設定し、
    　前記可視単位選択部と前記最適演算部は、それぞれ、可視単位の順序を代表時刻の順に設定する、
    　人工衛星の可視割り当て装置。
  3. 　請求項１または２に記載の人工衛星の可視割り当て装置において、
    　前記最適演算部は、各可視単位の重み係数と可視時間との積の値の衛星ごとの総和である重み付き可視時間と、衛星ごとの可視間隔の最大値と、衛星ごとのデータ蓄積率の最大値のいずれかあるいは全ての組合せにより構成した評価指標を最大化するように可視開始時刻と可視終了時刻を算出し、
    　前記可視単位選択部は、前記評価指標が最大となる可視単位の組合せを選択する、
    　人工衛星の可視割り当て装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の可視割り当て装置において、
    　前記最適演算部は、各可視単位の可視開始時刻および可視終了時刻を最適化変数に含む線形計画問題を設定し、それを解くことで、可視開始時刻および可視終了時刻を算出する、
    　人工衛星の可視割り当て装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の人工衛星の可視割り当て装置であって、前記可視単位選択部が選択した可視割り当て結果を送信する送信部をさらに備える可視割り当て装置と、
    　前記送信部から送信された可視割り当て結果を受信し、受信した可視割り当て結果を基に、前記衛星の可視開始時刻から可視終了時刻までを含む時間帯にアンテナを駆動し、人工衛星を追尾する局と、
    　を備える人工衛星運用システム。
  6. 　請求項５に記載の人工衛星運用システムにおいて、
    　前記局は、
    　前記人工衛星と通信する地上局と、
    　前記人工衛星と地上局との間の通信を中継する中継用の衛星と、
    　を備える、人工衛星運用システム。
  7. 　可視情報から、衛星とその衛星と通信可能な局との組み合わせと可視開始時刻の下限値及び可視終了時刻の上限値とを含む可視単位を設定し、
    　可視単位の中から可視単位の組合せを1つあるいは複数設定し、
    　設定された可視単位の組合せの各々に対して、可視時間、可視間隔、可視開始時刻の下限値、可視終了時刻の上限値を含む制約を満たす範囲で、可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能かどうかを判定するとともに、設定可能な場合は可視開始時刻および可視終了時刻を最適化計算により算出し、
    　設定された可視単位の組合せの中から、可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能か否かの判定結果および設定可能と判定した場合に設定された可視開始時刻と可視終了時刻をもとに求められた評価指標値に基づいて、使用する可視単位の組合せを選択する、
    　人工衛星の可視割り当て方法。
  8. 　コンピュータに、
    　可視情報から、衛星とその衛星と通信可能な局との組み合わせと可視開始時刻の下限値及び可視終了時刻の上限値とを含む可視単位を設定する処理、
    　可視単位の中から可視単位の組合せを1つあるいは複数設定する処理、
    　設定された可視単位の組合せの各々に対して、可視時間、可視間隔、可視開始時刻の下限値、可視終了時刻の上限値を含む制約を満たす範囲で、可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能かどうかを判定するとともに、設定可能な場合は可視開始時刻および可視終了時刻を最適化計算により算出する処理、
    　設定された可視単位の組合せの中から、可視開始時刻および可視終了時刻が設定可能か否かの判定結果および設定可能と判定した場合に設定された可視開始時刻と可視終了時刻をもとに求められた評価指標値に基づいて、使用する可視単位の組合せを選択する処理、
    　を実行させるプログラム。
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