JP4811275B2 - 衛星端末及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信衛星との次の会合開始時刻を計算する衛星端末及びその制御方法に関するものである。

特許文献１は、ＧＰＳ衛星からアルマナック情報を受信し、該アルマナック情報に基づき衛星軌道を計算するとともに、各衛星位置を予測することを開示する（特許文献１のＰ．６２１の右上欄第１８行〜同頁左下欄第２行）。

一方、衛星端末は、すでに取得済みの衛星軌道情報又は衛星のダウンリンク信号から得られる衛星軌道情報から軌道予測演算に用いる情報を取得して、予測軌道を演算する。予測軌道は、地球上のある位置を基準にして演算するが、通常は演算時刻の衛星端末の位置が基準とされる。

衛星は、地球上を周回しており、その高度が８００ｋｍ程度の場合には、約１００分で１周する。したがって衛星端末が地球上（上空１０ｋｍ以内であれば地球上として考えてもよい。）にある場合、衛星端末が静止していれば、該衛星端末から衛星が見える時間は約１０分程度である。ＧＰＳ衛星のように中軌道衛星であって、衛星端末から見て常に幾つかの衛星が見える状態であれば衛星通過予測は必要なく、敢えて軌道計算をする必要はない。

しかしながら、例えば赤道付近にある衛星端末は衛星の数が少ないと次に衛星が見えるまで数時間、衛星と会合（衛星端末から衛星が見え、衛星端末−衛星間の通信可能である期間）できない時間帯が存在する。

衛星端末は、衛星の軌道情報を基に次の衛星通過時刻を前もって予測することで、低消費電力化を図ることができる。次回の衛星通過時刻とは、衛星端末の現在位置を基に軌道の６要素から衛星の位置を推測し、自局（衛星端末）が衛星と会合可能となる時間帯を算出し、会合が始まる時刻のことである。
特開平３−１４６８９０号公報

この時刻は、時刻軌道計算をするときの自局の位置が次の衛星通過時刻にも同一の場所に存在することが条件であり、固定局や、低速で移動する漂流ブイ等は、問題ない。しかしながら、時速３００ｋｍで移動するバルーンなどに衛星端末を搭載した場合は、移動する距離が大きく、現在位置固定を前提にして軌道計算をした場合に求められる衛星通過時刻に狂いを生じる。

衛星から地球上を見た場合の視野範囲は高度８００ｋｍ程度の低軌道衛星では、半径２０００ｋｍ程度であるので、例えば次の衛星通過時刻まで３時間以上ある場合、時速３００ｋｍで移動するバルーンは、衛星視野範囲の半分も移動してしまうことになる。衛星視野が演算誤差により半分になることは、実際には、衛星との衛星端末の会合時間は計算結果の半分となる。これは、自局が静止していたならば送ることのできるデータ容量の半分のデータしか衛星には送信できないことになり、貴重な観測データを通信端末から取得ができなくなることを意味する。

図５は従来の衛星端末１００が次の会合開始時刻の計算する説明図である。ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５，ｔ１６は各時刻を表し、時間経過順に、ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５，ｔ１６となっている。ｔ１０，ｔ２０も時刻を表し、ｔ１０はｔ２０より前である。地点Ｐ１，Ｐ２はｔ１０，ｔ２０における衛星端末１００の現在位置である。実線の円は地点Ｐ１の衛星端末１００が通信可能となる通信衛星の存在領域である。破線の円は地点Ｐ２の衛星端末１００が通信可能となる通信衛星の存在領域である。

通信衛星は、地球に対する周回軌道を少しずつずらしていくので、地上に対するＮ周目、Ｎ＋１周目、Ｎ＋２周目、Ｎ＋３周目、・・・の軌道は例えば地点Ｐ１，Ｐ２に対して図示のようになる。衛星端末１００が地点Ｐ１に静止している場合では、Ｎ周目の会合期間はｔ１１〜ｔ１２となり、Ｎ＋１周目の会合期間はｔ１３〜ｔ１４となり、Ｎ＋２周目の会合期間はｔ１５〜ｔ１６となり、Ｎ＋３周目の会合期間は存在しない。

しかしながら、衛星端末１００は、地点Ｐ１における会合期間計算後、移動し、次の会合開始時刻では、地点Ｐ２にいる。そして、衛星端末１００が地点Ｐ２にある場合では、Ｎ周目の会合期間は消失し、Ｎ＋１周目の会合期間はｔ２３〜ｔ２４となり、Ｎ＋２周目の会合期間はｔ２５〜ｔ２６となり、Ｎ＋３周目の会合期間はｔ２５〜ｔ２６となる。ただし、時間経過順に、ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ２３，ｔ１４，ｔ２４，ｔ１５，ｔ２５，ｔ１６，ｔ２６，ｔ２７，ｔ２８となっている。

すなわち、従来の衛星端末１００では、次の会合開始時刻はｔ１１、次の次の会合開始時刻はｔ１３、次の次の次の会合開始時刻はｔ１５と予測するのに対し、現実は、衛星端末１００が地点Ｐ２へ移動してしまい、地点Ｐ２では、次の会合開始時刻はｔ２３、次の次の会合開始時刻はｔ２５、次の次の次の会合開始時刻はｔ２７となり、予測とは、ずれた時刻となってしまう。

特許文献１は、移動しかつ衛星との次の会合までの時間が長くなる衛星端末について、次の会合開始時刻を予測することについては言及していない。

本発明の目的は、移動しかつ衛星との次の会合までの時間が長くなる衛星端末について、次の会合開始時刻を適切に予測できるようにすることである。

本発明によれば、通信衛星との次の会合開始時刻を計算するために、計算地点ではなく、移動先地点を予測し、該移動先地点での会合開始時刻を計算する。

本発明の衛星端末は次のものを備えている。
通信衛星との会合期間に通信衛星の軌道計算情報を通信衛星から入手する情報入手手段、
軌道計算情報に基づき通信衛星の軌道を計算する軌道計算手段、
現在位置を検出する現在位置検出手段、
現在位置における通信衛星との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第１の時刻として計算する第１の時刻計算手段、
第１の時刻における自局の現在位置を予測する現在位置予測手段、
予測現在位置における通信衛星との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第２の時刻として計算する第２の時刻計算手段、及び
第２の時刻に係る時刻を次の予測会合開始時刻とする会合開始時刻予測手段。

本発明の衛星端末制御方法は次のステップを備えている。
通信衛星との会合期間に通信衛星の軌道計算情報を通信衛星から入手するステップ、
軌道計算情報に基づき通信衛星の軌道を計算するステップ、
現在位置を検出するステップ、
現在位置における通信衛星との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第１の時刻として計算するステップ、
第１の時刻における自局の現在位置を予測するステップ、
予測現在位置における通信衛星との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第２の時刻として計算するステップ、及び
第２の時刻に係る時刻を次の予測会合開始時刻とするステップ。

本発明によれば、通信衛星との衛星端末の会合開始時刻を計算するために、計算地点ではなく、移動先地点を予測し、該移動先地点での会合開始時刻を計算するので、次の会合開始時刻を適切に予測することができる。

図１は衛星端末１０が次の会合開始時刻を計算する説明図である。図１において、前述した図５と同一部位は、同符号で示し、説明は省略する。次の予測会合開始時刻の計算では、地点Ｐ１における次の会合開始時刻ｔ１１を計算する。そして、ｔ２０＝ｔ１１にして、ｔ２０における衛星端末１０の現在位置としての地点Ｐ２を計算する。さらに、地点Ｐ２における会合開始時刻ｔ２３を計算する。

図１と共に図２のフローチャートを参照しつつ、次の会合開始時刻の計算方法を詳細に説明する。Ｓ３１では、衛星端末１０（自局）の位置情報をＧＰＳ信号等により取得する。自局の位置情報とは、その時の衛星端末１０の現在位置、すなわち地点Ｐ１に係る情報である。

Ｓ３２では、軌道の６要素と自局の位置情報を用いて通信衛星の軌道を計算する。軌道の６要素に係る情報は、衛星端末が通信衛星に前回、会合した期間に通信衛星から受信している。Ｓ３２の実行により、図１のＮ周目、Ｎ＋１周目、Ｎ＋２周目の衛星軌道が判明する。

Ｓ３３では、自局の現在の速度情報やコンパスによる移動方向等の情報を取得する。この取得情報は、自局の将来の位置を予測するための移動情報である。Ｓ３３では、また、Ｓ３２で計算した軌道から地点Ｐ１における次回の衛星通過時刻（図１のｔ１１）を計算する。Ｓ３３では、さらに、移動情報を基にｔ２０（＝ｔ１１）の推測位置（図１の地点Ｐ２）を演算する。

Ｓ３４では、推測位置（地点Ｐ２）における軌道を計算する。こうして、図１のＮ＋１周目、Ｎ＋２周目、Ｎ＋３周目の軌道が計算される。

Ｓ３５では、端末の推測位置（地点Ｐ２）における衛星通過時刻（ｔ２３〜ｔ２４，ｔ２５〜ｔ２６，ｔ２７〜ｔ２８）を決定する。なお、ｔ２５〜ｔ２６，ｔ２７〜ｔ２８は、自局が、地点Ｐ２から移動しないことを前提としたＮ＋２周目、Ｎ＋３周目の会合開始時刻である。従来では、自局が地点Ｐ１から地点Ｐ２へ移動するにもかかわらず、自局が通信衛星に次に会合する時刻はｔ１１であるとして、不適切となっていたのに対し、衛星端末１０では、ｔ２３を次の会合開始時刻として計算することができる。

図３は衛星端末４０の機能ブロック図である。衛星端末４０の一例は衛星端末１０（図１）である。衛星端末４０は、例えばバルーンに搭載（吊るしも搭載の概念に含ませる。）され、例えば、通信衛星６０との会合期間に、前回の会合終了時刻から現在までの気象等に係る観測データを通信衛星６０へ送信するものである。衛星端末４０は、情報入手手段４１、軌道計算手段４２、現在位置検出手段４３、第１の時刻計算手段４４、現在位置予測手段４５、第２の時刻計算手段４６及び会合開始時刻予測手段４７を備えている。

情報入手手段４１は、通信衛星６０との会合期間に通信衛星６０の軌道計算情報を通信衛星６０から入手する。軌道計算手段４２は、軌道計算情報に基づき通信衛星６０の軌道を計算する。現在位置検出手段４３は、現在位置を検出する。第１の時刻計算手段４４は、現在位置における通信衛星６０との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第１の時刻として計算する。

現在位置予測手段４５は、第１の時刻における自局の現在位置を予測する。第２の時刻計算手段４６は、予測現在位置における通信衛星６０との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第２の時刻として計算する。会合開始時刻予測手段４７は、第２の時刻に係る時刻を次の予測会合開始時刻とする。

通信衛星６０の軌道計算情報とは、例えば軌道の６要素である。第１及び第２の時刻の一例はそれぞれ衛星端末１０のｔ１１（＝ｔ２０），ｔ２３である。ｔ１１からｔ１２までの時間が１０分程度の短いものであるならば、第１の時刻を厳密にｔ１１にしなくても、会合終了時刻：ｔ１２や、中間時刻：（ｔ１１＋ｔ１２）／２等の次の会合期間に係る時刻も実質的に第１の時刻と同一である。

現在位置予測手段４５による予測現在位置の処理の仕方の具体例は、図２のＳ３３の説明のとおりであり、例えば、現在位置、現在の速度、移動方向に基づき計算される。衛星端末４０が搭載される移動体がバルーンのような空中浮遊物である場合に、将来の風向きや風速が予測できるようなときには、それらも考慮して、予測現在位置を、より精密に計算することが望ましい。

現在位置予測手段４５が予測する現在位置は例えば地点Ｐ２である。予測会合開始時刻は、例えばｔ２１であるが、後述するように、条件に満足するように、一度算出したｔ２１を再計算することができる。こうして、衛星端末４０に移動先における次の会合開始時刻が求められ、衛星端末４０の移動にもかかわらず、該次の会合開始時刻の精度を高めることができる。

好ましくは、会合開始時刻予測手段４７は、第１の時刻と第２の時刻との時間差が所定値未満である場合には、第２の時刻を予測会合開始時刻とする。本来的には、衛星端末４０の現在位置は予測会合開始時刻における現在位置であるので、衛星端末４０が現在位置予測手段４５の予測した予測現在位置にいる第１の時刻と、予測現在位置における会合開始時刻としての第２の時刻とは、一致しなければならないが、第１及び第２の時刻の差が所定値未満、例えば数分程度の差異であるならば、次の会合開始時刻を下密に求めなくても、例えば、予測会合開始時刻を節電解除時刻に利用する場合等には、第１の時刻≠第２の時刻にもかかわらず、第２の時刻を予測会合開始時刻としても支障は全くない。

好ましくは、会合開始時刻予測手段４７は、第１の時刻と第２の時刻との時間差が所定値以上である場合には、第２の時刻を第１の時刻にして、現在位置予測手段４５及び第２の時刻計算手段４６に再処理を行わせる。

典型的には、衛星端末４０の電源はバッテリであるので、節電が要求される。例えば、通信衛星６０が、衛星端末が搭載されている移動体が観測したデータを中継する衛星であるような場合、衛星端末４０における通信衛星６０との通信用の機器を次の会合開始時刻まで停止又は供給電力を十分に下げて、節電を図ることが好ましい。これに対処して、好ましくは、衛星端末４０は省電力手段５３を備える。該省電力手段５３は、通信衛星６０との通信用の機器を予測会合開始時刻より所定時間前まで節電状態に維持する。所定時間は０も含む。所定時間を設定したのは、予測会合開始時刻が実際の会合開始時刻より遅れ方向へずれた場合に、現実の会合開始時刻から直ちに通信衛星６０との通信ができなくなるので、長くない所定時間を設定して、これを防止するためである。

好ましくは、衛星端末４０は更新制御手段５５を備えている。更新制御手段５５は、現在時刻が予測会合開始時刻となるまで、一定時間間隔等の適当な時間間隔で、現在位置検出手段４３、第１の時刻計算手段４４、現在位置予測手段４５及び会合開始時刻予測手段４７に再処理を行わせて、次の予測会合開始時刻を更新させる。衛星端末４０がバルーン等の空中浮遊物に搭載される場合には、移動速度や移動方向は、通常、不変ではなく、時々刻々変化する。現時刻から予測会合開始時刻までの時間が長いと、予測会合開始時刻の計算の基としている予測現在位置が、実際から大きくずれることがある。これを回避するために、一度、予測会合開始時刻を計算してからも、現在位置を適宜検出し、該現在位置に基づき再処理を行って、予測会合開始時刻を更新することが望ましい。

図４は衛星端末制御方法８０のフローチャートである。衛星端末制御方法８０は衛星端末４０に適用される。

Ｓ８１では、通信衛星６０との会合期間に通信衛星６０の軌道計算情報を通信衛星６０から入手する。Ｓ８２では、軌道計算情報に基づき通信衛星６０の軌道を計算する。Ｓ８３では、現在位置を検出する。Ｓ８４では、現在位置における通信衛星６０との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第１の時刻として計算する。

Ｓ８５では、第１の時刻における自局の現在位置を予測する。Ｓ８６では、予測現在位置における通信衛星６０との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第２の時刻として計算する。Ｓ８７では、第２の時刻に係る時刻を次の予測会合開始時刻とする。

Ｓ８１〜Ｓ８７の各処理は、それぞれ衛星端末４０の情報入手手段４１〜会合開始時刻予測手段４７の各機能に対応する。したがって、情報入手手段４１〜会合開始時刻予測手段４７について説明した、各機能の具体的態様は、Ｓ８１〜Ｓ８７の各処理の具体的態様としても適用可能である。

衛星端末制御方法８０において、省電力手段５３及び更新制御手段５５に対応するステップを適宜追加可能である。省電力ステップでは、通信衛星６０との通信用の機器を予測会合開始時刻より所定時間前まで節電状態に維持する。更新ステップでは、現在時刻が予測会合開始時刻となるまで、時間間隔をおいて、Ｓ８３〜Ｓ８７をを再実行して、Ｓ８７における次の予測会合開始時刻を更新させる。

本発明を最良の形態について説明したが、本発明は、これに限定されず、要旨の範囲内で種々の形態により実施可能であることは言うまでもない。

衛星端末が次の会合開始時刻を計算する説明図である。 図１の会合開始時刻説明に準拠する衛星端末制御方法のフローチャートである。 本発明に含まれる衛星端末の機能ブロック図である。 図３の衛星端末に適用する制御方法のフローチャートである。 従来の衛星端末が次の会合開始時刻の計算する説明図である。

符号の説明

４０：衛星端末、４１：情報入手手段、４２：軌道計算手段、４３：現在位置検出手段、４４：第１の時刻計算手段、４５：現在位置予測手段、４６：第２の時刻計算手段、４７：会合開始時刻予測手段、５３：省電力手段、５５：更新制御手段、６０：通信衛星、８０：衛星端末制御方法。

Claims (6)

1. 通信衛星との会合期間に前記通信衛星の軌道計算情報を前記通信衛星から入手する情報入手手段、
   軌道計算情報に基づき前記通信衛星の軌道を計算する軌道計算手段、
   現在位置を検出する現在位置検出手段、
   前記現在位置における前記通信衛星との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第１の時刻として計算する第１の時刻計算手段、
   前記第１の時刻における自局の現在位置を予測する現在位置予測手段、
   予測現在位置における前記通信衛星との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第２の時刻として計算する第２の時刻計算手段、及び
   前記第２の時刻に係る時刻を次の予測会合開始時刻とする会合開始時刻予測手段、
   を備えることを特徴とする衛星端末。
2. 前記会合開始時刻予測手段は、第１の時刻と第２の時刻との時間差が所定値未満である場合には、第２の時刻を予測会合開始時刻とすることを特徴とする請求項１記載の衛星端末。
3. 前記会合開始時刻予測手段は、第１の時刻と第２の時刻との時間差が所定値以上である場合には、第２の時刻を第１の時刻にして、前記現在位置予測手段及び前記第２の時刻計算手段に再処理を行わせることを特徴とする請求項１又は２記載の衛星端末。
4. 省電力手段を備え、
   前記通信衛星は、前記衛星端末が搭載されている移動体が観測したデータを中継する衛星であり、
   前記省電力手段は、前記通信衛星との通信用の機器を前記予測会合開始時刻より所定時間前まで節電状態に維持することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の衛星端末。
5. 現在時刻が予測会合開始時刻となるまで、時間間隔をおいて、前記現在位置検出手段、前記第１の時刻計算手段、前記現在位置予測手段及び前記会合開始時刻予測手段に再処理を行わせて、次の予測会合開始時刻を更新させる更新手段、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の衛星端末。
6. 通信衛星との会合期間に通信衛星の軌道計算情報を前記通信衛星から入手するステップ、
   軌道計算情報に基づき通信衛星の軌道を計算するステップ、
   現在位置を検出するステップ、
   前記現在位置における前記通信衛星との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第１の時刻として計算するステップ、
   前記第１の時刻における自局の現在位置を予測するステップ、
   予測現在位置における前記通信衛星との次の会合開始時刻を計算軌道に基づき第２の時刻として計算するステップ、及び
   前記第２の時刻に係る時刻を次の予測会合開始時刻とするステップ、
   を備えることを特徴とする衛星端末制御方法。

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