特許 6771711 地上ベースの衛星アンテナ・ポインティング・システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6771711

(24)【登録日】2020年10月2日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】地上ベースの衛星アンテナ・ポインティング・システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/10 20060101AFI20201012BHJP

   H01Q 3/02 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   H04B7/10 A

   H01Q3/02

【請求項の数】18

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-517525(P2016-517525)

(86)(22)【出願日】2014年9月26日

(65)【公表番号】特表2016-533657(P2016-533657A)

(43)【公表日】2016年10月27日

(86)【国際出願番号】US2014057623

(87)【国際公開番号】WO2015088627

(87)【国際公開日】20150618

【審査請求日】2017年8月14日

(31)【優先権主張番号】61/882,690

(32)【優先日】2013年9月26日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/496,071

(32)【優先日】2014年9月25日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】598174370

【氏名又は名称】ノースロップ・グラマン・イノベーション・システムズ・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ヤオ、フイウェン

(72)【発明者】

【氏名】ケース、ジョージ

【審査官】 原田 聖子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−２７６９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０３８１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６３４６９１２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開昭５９−０４９０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１７９１３７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／０２

Ｈ０１Ｑ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

衛星の衛星アンテナにおける該衛星アンテナと受信局との間のポインティング誤差を決定するための方法であって、
衛星から送信されるポインティング誤差信号を受信局において受信する工程であって、前記ポインティング誤差信号は第１のビーコン信号と、変調されている第２のビーコン信号とを含み、前記第１のビーコン信号および前記変調されている第２のビーコン信号は、前記第１のビーコン信号と前記変調されている第２のビーコン信号との間の相対的関係が送信中に維持されるように、前記衛星から第１の周波数によりアンテナの１つのフィード・ホーンから同時に送信され、前記アンテナの前記１つのフィード・ホーンは、前記第１のビーコン信号を送信するための和ポートと、前記変調されている第２のビーコン信号を送信するための差動ポートとを備える、工程と、
受信した前記ポインティング誤差信号を復調して、前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号を復元する工程と、
前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号に少なくとも部分的に基づいてポインティング誤差を決定するポインティング誤差決定工程と、を備え、
前記ポインティング誤差決定工程は、
前記変調されている第２のビーコン信号の大きさを前記第１のビーコン信号の大きさと比較することと、
前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号のうちの少なくとも一方の位相を決定することと、を含む、方法。

【請求項2】

前記ポインティング誤差に基づいて制御信号を決定する工程と、
前記制御信号を前記衛星に送信する工程であって、前記制御信号は前記衛星アンテナの向きを修正するコマンドを含む工程と、をさらに備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記変調されている第２のビーコン信号の前記大きさを前記第１のビーコン信号の前記大きさと比較することは、前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号の大きさにおける差を取ることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記ポインティング誤差決定工程は、
決定した前記位相に基づいて前記ポインティング誤差の方向を決定することと、
前記変調されている第２のビーコン信号の前記大きさと前記第１のビーコン信号の前記大きさとの前記比較の結果に基づいて前記ポインティング誤差の大きさを決定することと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号のうちの少なくとも一方は、前記衛星アンテナのボアサイト軸に沿って実質的にゼロの大きさを有し、前記衛星アンテナの前記ボアサイト軸を離れると実質的に非ゼロの大きさを有するように構成されている、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記変調されている第２のビーコン信号は、位相変調、周波数変調、及び振幅変調のうちの１つを使用して変調される、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記変調されている第２のビーコン信号は、第１の位相角及び第２の位相角を使用して変調される、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の位相角は０度であり、前記第２の位相角は１８０度である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記ポインティング誤差信号は、空間領域において前記第１のビーコン信号と、前記変調されている第２のビーコン信号とを合成することによって生成される、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

衛星の衛星アンテナにおける該衛星アンテナと受信局との間のポインティング誤差を決定するためのシステムであって、
衛星と通信状態にあり、前記衛星から送信されるポインティング誤差信号を受信するように構成されている受信機であって、前記ポインティング誤差信号は第１のビーコン信号と、変調されている第２のビーコン信号とを含み、前記第１のビーコン信号および前記変調されている第２のビーコン信号は、前記第１のビーコン信号と前記変調されている第２のビーコン信号との間の相対的関係が送信中に維持されるように、前記衛星から第１の周波数によりアンテナの１つのフィード・ホーンから同時に送信され、前記アンテナの前記１つのフィード・ホーンは、前記第１のビーコン信号を送信するための和ポートと、前記変調されている第２のビーコン信号を送信するための差動ポートとを備える、受信機と、
制御回路であって、
受信した前記ポインティング誤差信号を復調して、前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号を復元し、
前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号に少なくとも部分的に基づいてポインティング誤差を決定するように構成されている、制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記変調されている第２のビーコン信号の大きさを前記第１のビーコン信号の大きさと比較することと、
前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号のうちの少なくとも一方の位相を決定することとによって、前記第１のビーコン信号及び前記第２のビーコン信号に少なくとも部分的に基づいて前記ポインティング誤差を決定するように構成されている、システム。

【請求項11】

前記制御回路は、
前記ポインティング誤差に基づいて制御信号を決定し、
前記制御信号を前記衛星に送信するようにさらに構成されており、前記制御信号は前記衛星アンテナの向きを修正するコマンドを含む、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記制御回路は、前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号の大きさにおける差を取ることによって前記変調されている第２のビーコン信号の前記大きさを前記第１のビーコン信号の前記大きさと比較するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

前記制御回路は、
決定した前記位相に基づいて前記ポインティング誤差の方向を決定することと、
前記変調されている第２のビーコン信号の前記大きさと前記第１のビーコン信号の前記大きさとの前記比較の結果に基づいて前記ポインティング誤差の大きさを決定することとによって、前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号に少なくとも部分的に基づいて前記ポインティング誤差を決定するようにさらに構成されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項14】

前記第１のビーコン信号及び前記変調されている第２のビーコン信号のうちの少なくとも一方は、前記衛星アンテナのボアサイト軸に沿って実質的にゼロの大きさを有し、前記衛星アンテナの前記ボアサイト軸を離れると実質的に非ゼロの大きさを有するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項15】

前記変調されている第２のビーコン信号は、位相変調、周波数変調、及び振幅変調のうちの１つを使用して変調される、請求項１０に記載のシステム。

【請求項16】

前記変調されている第２のビーコン信号は、第１の位相角及び第２の位相角を使用して変調される、請求項１０に記載のシステム。

【請求項17】

前記第１の位相角は０度であり、前記第２の位相角は１８０度である、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記ポインティング誤差信号は、空間領域において前記第１のビーコン信号と、前記変調されている第２のビーコン信号とを合成することによって生成される、請求項１０に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、地上ベースの衛星アンテナ・ポインティング・システムに関する。

【背景技術】

【0002】

軌道上の衛星は、地球上の対象領域における地上局の送信及び／又は受信に高い信号品質を提供するために、その領域を精密に狙うアンテナを使用して、指向性ビームを提供する。しかし、様々な要因によって、この指向性ビームは意図される領域からドリフトして離れる場合があり、送信／受信される信号の品質を大幅に低下させ、その衛星と送信／受信を行う地上局との間のサービス（すなわち、通信リンク）を中断させる可能性がある。指向性ビームのドリフトは、マルチ・スポット・ビーム衛星については、各指向性ビームのビーム幅が狭いことから特に問題である。軌道を通じて１又は複数の衛星アンテナの正確な向きを維持することは、劣化及び中断することなく指向性ビームが意図される対象領域にサービスを確実に提供するために必要である。衛星アンテナの向きにおける送信／受信されるビーム、衛星、及び衛星の構成部品（例えば、アンテナ）に影響を与える任意の変動を補償するために、軽微なポインティングの補正が要求される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ポインティング補正を決定するための一部の現在の解決法には、「オンボードの」自動トラッキング・システム又はマルチ・ステーション・トラッキングの利用が含まれる。しかし、既存の各解決法は欠点を有する。したがって、衛星のポインティング誤差の地上ベースの決定及び補正のための改良された手法が、本明細書に開示される。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本出願は、衛星アンテナのポインティング誤差を決定するためのシステムと方法とを含む。一態様では、衛星アンテナのポインティング誤差を決定するための方法は、衛星から送信される、ポインティング誤差情報を含む信号を受信局において受信することを含み、その信号（本明細書においてポインティング誤差信号として参照される）は、対象の衛星アンテナからトラッキング・フィードを通じて送信されている第１のビーコン信号と、変調されている第２のビーコン信号とを含む。トラッキング・フィードは、アンテナ・ポインティング決定目的専用であってよく、又は他の通信機能と共有されてよい。受信局は、受信したポインティング誤差信号を復調して、第１のビーコン信号に対する第２のビーコン信号を復元することができる。また、復調したビーコン信号に少なくとも部分的に基づいて、受信局はその衛星アンテナのポインティング誤差を決定することができる。

【0005】

一部の実施形態では、受信局は、また、ポインティング誤差に基づいて制御信号を決定して衛星にその制御信号を送信することができ、その制御信号は衛星アンテナの向きを修正するコマンドを含む。例えば、受信局は、衛星を受信局と再び整合させるために、衛星アンテナがポインティング誤差と逆方向に作動するようにコマンドする制御信号を生成してよい。他の実施形態では、受信局は、トラッキング及びコマンド（ＴＴ＆Ｃ）局にポインティング誤差を送信してよく、ＴＴ＆Ｃ局は適切な制御信号を決定して送信してよい。

【0006】

一部の実施形態では、ポインティング誤差を決定することは、第２のビーコン信号の大きさを第１のビーコン信号の大きさと比較することと、第１のビーコン信号に対する第２のビーコン信号の位相を決定することとを備え得る。所定の実施形態では、ポインティング誤差の大きさは第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号の大きさの差によって決定されることができる。ポインティング誤差の方向は、第１のビーコン信号に対する第２の
ビーコン信号の位相によって決定されることができる。例示として、第１のビーコン信号は、送信ビームのボアサイト軸に沿って最大の大きさを有するように構成されている「和」信号（トラッキング・フィードの「和」ポートを通じて送信される）であってよく、第２のビーコン信号は、送信ビームのボアサイト軸に沿って実質的にゼロの大きさを有するように構成されている「差」信号（トラッキング・フィードの「差動」ポートを通じて送信される）であってよい。衛星ビームが受信局と整合する場合、差信号の大きさは実質的にゼロであり得る。衛星ビームが受信局と整合しない場合、差信号の大きさは実質的に非ゼロであり、差信号の該非ゼロの大きさは、送信アンテナのポインティング誤差の大きさを決定するべく和信号（基準として機能する）の大きさと比較され得る。差信号の位相は、ポインティング誤差の方向を示し得る。

【0007】

一部の実施形態では、第２のビーコン信号は、位相変調、周波数変調、振幅変調、及び任意の他の好適な変調手法のうちの何れか１つを使用して変調されることができる。一部の実施形態では、第２のビーコン信号は、第１の位相角及び第２の位相角を使用して変調される。例を挙げると、第２のビーコン信号は、第１のビーコン信号に対して０度及び１８０度で変調されてよい。一部の実施形態では、ポインティング誤差信号は、空間領域において第１のビーコン信号と、変調した第２のビーコン信号とを合成することによって生成される。例を挙げると、第１及び第２のビーコン信号は、マルチモード（又は、４フロン・クラスタ（４−ｈｒｏｎ ｃｌｕｓｔｅｒ））・モノパルス・フィードの和ポートと差ポートとの中に供給され、空間領域において合成されてよい。このように、第１及び第２のビーコン信号は、１つのアンテナ又はアンテナ・アレイによって同時に送信されることができる。第１及び第２のビーコン信号は伝搬中に同様の障害によって影響が与えられ、したがって送信環境によって実質的に同じように変えられることができることから、この方法は有益である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施形態による、地球の周りの軌道上のマルチ・スポット・ビーム衛星と、意図される適用領域からドリフトして離れるビームの指向性アレイとの例示の図。

【図2】本開示の実施形態による、１つ以上の地上局と通信状態にある衛星２００の例示のブロック図。

【図3】本開示の実施形態による、衛星から送信される和信号の振幅と差動信号の振幅との例示の２次元プロフィール。

【図4】本開示の実施形態による、衛星アンテナ・ポインティング誤差を検出するための高水準プロセスのフロー図。

【図5】本開示の実施形態による、本明細書に記載のプロセスのうちの何れかを行うためのコンピューティング装置のブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の総合的な理解を提供するために、ここで、地上ベースの衛星アンテナ・ポインティング誤差検出及び補正用のシステムと方法とを含む、所定の例示の実施形態を記載する。しかし、本明細書に記載のシステムと方法とは、焦点となる用途に適切であるように採用及び修正が行われてよく、本明細書に記載のシステムと方法とは、他の適切な用途に使用されてよく、そのような他の追加及び修正は本明細書の範囲から逸脱しない。

【0010】

図１は、アンテナ・サブシステム１０２から地上局１０８ａ〜１０８ｅ（地上局１０８と総称される）への適用領域１０４に対してスポット・ビームの指向性アレイ１０９を提供する、地球１１０の周りの軌道上のマルチ・スポット・ビーム衛星システム１００の図を示す。スポット・ビームは高い指向性の衛星信号であり、パワーが集中されていて、地球１１０上の限られた地理的地域を覆う。各スポット・ビーム信号は、フィード・ホーン
１０３ａ〜１０３ｅ（フィード・ホーン１０３と総称される）のうちの１つ、又はアンテナ１０２のフィード・ホーン・クラスタなどのフィード・ホーンによって提供され、また、共通のパレット上に実装されるリフレクタ１０７ａ〜１０７ｄのうちの１つによって指向性ビームへと成形される。調整機構１０１は、パレットに関連付けられており、衛星のオンボード・プロセッサからのコマンドに応答してパレットのポインティングを調整する。これに代えて、調整機構１０１は、オンボード・プロセッサから受信されるコマンドに基づいて各リフレクタ１０７ａ〜１０７ｄを個別に調整するために、各リフレクタ１０７ａ〜１０７ｄ上に提供されてよい。調整機構１０１は、パレット又は各リフレクタ１０７ａ〜１０７ｄのポインティングを調整するために、１軸、２軸、又は３軸であってよい。他の実施形態では、フィード・ホーン１０３は、１つのリフレクタによって成形されるスポット・ビーム信号を提供してよい。アンテナ１０２は、任意の好適な数のフィード・ホーン１０３を含むことができる。フィード・ホーン１０３のうちの１つ以上のフィード・ホーン１０３ｃは、図２に関連して後述されるように、アンテナ・ポインティング誤差を検出するため、受信する地上局１０８に対してトラッキング・ビーコン信号を送信するように構成されている。

【0011】

図１に示されるように、衛星システム１００は、スポット・ビーム１０５ａ〜１０５ｅなどの複数のスポット・ビームを提供している。地上局１０８ａ〜１０８ｅのうちの１つ以上は、それぞれスポット・ビーム１０５ａ〜１０５ｅを受信しており、それぞれのスポット・ビームの適用領域内にある。しかし、衛星姿勢制御システムの過渡応答、衛星局維持の不確実性、衛星及びアンテナの熱変形の影響、又は他の要因など、様々な要因によって衛星アンテナ１０７ａ〜１０７ｄの向きがシフトする場合があり、したがって、適用領域１０４が意図される適用領域１０４から離れて誤差領域１０６へシフトする場合がある。衛星アンテナの適用領域におけるこのシフトは、衛星アンテナ・ポインティング誤差と呼ばれる。図１に見られるように、衛星１００の向きはアンテナ１０２を誤差領域１０６にポインティングを行うようにシフトし、所定の地上局１０８は、信号品質を失い始めたり、サービスの劣化／中断を経験したりする。例えば、地上局１０８ｅは誤差領域１０６の縁上にあり、したがって、衛星との通信のより低い信号品質を経験し得る。別の例では、地上局１０８ｄは、誤差領域１０６から外れるので、信号品質の劣化又はサービスの中断さえ経験し得る。各スポット・ビームは、２つの隣接するスポット・ビームが同じ周波数及び同じ偏波において動作することはないような周波数で動作させられてよい。図１では各スポット・ビームが隣接するスポット・ビームと重なるように示されているが、スポット・ビームが重ならないように分離されていてもよい。衛星１００は、地上の同じ適用領域を維持するように静止軌道にあるが、他の実施形態では、衛星は通信衛星に好適な他の軌道にあってよい。

【0012】

図２は、地上局２３０及びテレメトリ・トラッキング及び制御局（ＴＴ＆Ｃ局）２６０などの１つ以上の地上局と通信状態にある衛星２００の例示のブロック図を示す。衛星２００は、図１における衛星１００のより詳細な表現であり得る。地上局２３０は、図１における地上局１０８のより詳細な表現であり得る。衛星２００は、マルチ・スポット・ビーム・アンテナの１つ以上のフィード・ホーン２２０に接続される宇宙船通信ペイロード２１６を備える。１つ以上のフィード・ホーン２２０は、例えば複数の指向性信号ビーム（地上局２３０又はテレメトリ及び制御局２６０を覆うビーム２２４を含む）を成形するリフレクタ２２２に対して／リフレクタ２２２から、信号の送信／受信を行う。衛星は、コマンド及びテレメトリ・サブシステム２１２からのコマンドに応答してパレットのポインティングを調整する、パレットに関連付けられる調整機構２０１を備える。これに代えて、調整機構２０１が、コマンド及びテレメトリ・サブシステム２１２から受信されるコマンドに基づいて各リフレクタ１０７ａ〜１０７ｄを個別に調整するために、各リフレクタ１０７ａ〜１０７ｄ上に提供されてよい。調整機構２０１は、パレット又はリフレクタ２２２のポインティングを調整するために、１軸、２軸、又は３軸であってよい。衛星２
００は、衛星２００のアンテナ向きをトラッキングするために使用される無線周波数（ＲＦ）トラッキング信号又はビーコン信号を生成するトラッキング・ビーコン２０２ａを備える。一部の実施形態では、衛星２００は、冗長性測定のために第２のトラッキング・ビーコン２０２ｂを備えてよい。一部の実施形態では、トラッキング・ビーコン２０２は、通信衛星においてアップリンク・パワー制御に使用される同じビーコンであってよい。ビーコン２０２ａは、プロセッサ２０５にトラッキング信号を送る。プロセッサ２０５は、ビーコン信号を２つの信号（信号２０８及び信号２０６）に分割するスプリッタ２０４を備える。分割されたビーコン信号２０８及び２０６は、それぞれ、マルチモード・フィード・ホーン（又は、モノパルス・フィード・ホーン・アセンブリ）２１８の「和」ポート及び「差動」ポートと、リフレクタ２２２とを介して地上局２３０へ送信され得る。地上局２３０は、トラッキング・ビーコンの「和」信号と「差動」信号とを含む指向性信号ビーム２２４を衛星２００から受信するように構成され得るアンテナ２３２を備える。アンテナ２３２は、受信した信号を復調のために受信機２３４へ送信し、その後、復調した信号２３５を処理のためにプロセッサ２３８へ送るように構成されている。一部の実施形態では、プロセッサ２３８は衛星アンテナ・ポインティング誤差を決定することができる。衛星姿勢制御サブシステム（ＡＣＳ）又は衛星アンテナの調整機構１０１を通じて衛星アンテナ・ポインティング誤差の補正のために上に送られる信号は、地上局２３０から、送信機２３６からアンテナ２３２を介して衛星２００へ送信され得る。これに代えて、ポインティング誤差信号は、地上局２３０と通信状態にあるＴＴ＆Ｃ局２６０へルーティングされる。誤差信号は、補正信号２６３を生成するためにプロセッサ２６２によって処理され、補正信号２６３は、ＴＴ＆Ｃアンテナ２６６及び送信機２６４を介して衛星２００へ送信される。他の実施形態では、トラッキング信号の受信、ポインティング誤差の決定、補正信号の生成、及び衛星２００への補正信号の送信は、それぞれＴＴ＆Ｃ局２６０によって行われてよい。地上局２３０とＴＴ＆Ｃ局２６０とは、また、独立して又は集合的に地上局と称される場合がある。

【0013】

分割されたビーコン信号（マルチモード・トラッキング・フィード又はモノパルス・トラッキング・フィードを通じて送信される信号２０８及び信号２０６）は、衛星アンテナ・ポインティング誤差を決定するために使用されることができる。衛星アンテナ２２２及びトラッキング・フィード・ホーン２１８を介して送信される和信号３０２の振幅と差動信号３０８の振幅との２次元プロフィール３００を示す図３を参照すると、和信号３０２は原点３０６においてピーク３０４を有する振幅プロフィールを特徴とし、差動信号３０８は原点３０６におけるゼロ３１０を特徴とする。一部の実施形態では、原点３０６は、衛星アンテナ２２２のボアサイト軸に対応し得る。例えば、和信号３０２は衛星アンテナ２２２のボアサイト軸について対称であり得る。また、差動信号３０８は、衛星アンテナ２２２のボアサイト軸において実質的にゼロの振幅と、衛星アンテナ２２２のボアサイト軸を離れると実質的に非ゼロの振幅を有し得る。所定の実施形態では、差動信号３０８は、信号中の雑音又は他の要因によって、原点３０６における振幅に非ゼロの値を含む場合がある。衛星２００が地上局２３０と整合するとき、差動信号３０８の振幅はゼロ又は実質的にゼロ（雑音又は他の外乱による）であり得る。差動信号３０８は、また、ゼロ３１０の付近に急な凹状の変化３１２を含み得る。したがって、衛星２００が地上局２３０と整合しないとき、差動信号３０８の振幅は実質的に非ゼロの振幅を有することができる。変化領域３１２の急な傾斜は、差動信号３０８の振幅に影響を与え得る任意の雑音又は他の外乱の上での非ゼロの振幅の検出を助けることができる。地上局２３０は、トラッキング信号の振幅と位相情報との受信及び検出を行う。「和」信号に対する急な変化領域における「差動」信号の振幅の変動によって衛星アンテナ・ポインティング誤差の大きさが提供される一方、差動信号３０８の位相の変動によってポインティング誤差の方向が提供される。変化３１２及び関連する位相情報は、地上局によって衛星アンテナのポインティング誤差を検出するために使用されることができる。

【0014】

再び図２を参照すると、プロセッサ２０５は、マルチモード・トラッキング・フィード２１８（又は、モノパルス・トラッキング・フィード）の和ポートに直接的に信号２０８を送る。信号２０６は、交互の０度及び１８０度位相シフトにより信号２０６を変調する位相変調器２１０によって処理される。他の実施形態では、位相変調器２１０は、４５度、９０度、１２０度、又は任意の他の好適な位相角で信号２０６を変調してよい。位相変調器２１０は、変調した信号２１４を生成し、その変調した信号２１４をマルチモード・トラッキング・フィード２１８（又は、モノパルス・トラッキング・フィード）の差動ポートへ送る。マルチモード・トラッキング・フィード２１８（又は、モノパルス・トラッキング・フィード）は、地上局２３０又はテレメトリ及び制御（ＴＴ＆Ｃ）局２６０によって受信される指向性信号ビーム２２４へと信号を成形するリフレクタ２２２を通じて、空間において和信号２０８と、変調した差動信号２１４とを合成する。「差動」信号プロフィールのドリフトは、衛星アンテナのポインティング・ドリフトを反映する。式１では、ポインティング誤差信号Ｓ（ｔ）は、「和」信号Σ（ｔ）と、０度及び１８０度で位相変調されている「差動」信号Δ（ｔ）との和として定義される。ここで、ｅｘｐは自然対数の底であり、ｊは虚数単位であり、θは原点のまわりの角度であり、ｉは０又は１であり位相シフトを定義する。

【0015】

【数1】

「和」信号と「差動」信号とが空間において共に送信されることから、これらの相対的関係は、誤差信号が地上局２３０又は２６０によって復調されるまで維持され、送信環境によって影響されない。

【0016】

地上局２３０は、地上局アンテナ２３２において、ポインティング誤差信号を含む衛星２００のトラッキング・フィード２１８からのビーム２２４を受信する。受信したポインティング誤差信号は、プロセッサ２３８へ送られる前に、この信号を復調信号２３５へと復調する受信機２３４へ送られる。地上局２３０は、また、衛星２００へ信号を送信する送信機２３６を備える。例えば、地上局２３０は、衛星２００へ制御信号を送信することができる。プロセッサ２３８は、復調信号２３５を受信して、差動信号２１４の変化を検出する。衛星が正しい向きにポインティングが行われているとき、「差動」信号２１４の振幅は小さいか、ない。プロセッサ２３８は、信号を衛星から地上局受信機へ送信する時に導入される任意の変動を除去するために、「和」信号２０８と「差動」信号２１４との構成要素を比較する。プロセッサは、「和」信号と「差動」信号との構成要素を有する復調信号２３５を使用して、衛星アンテナのポインティング誤差（すなわち、衛星アンテナ仰角誤差２４０及び衛星アンテナ方位角誤差２４２）の大きさ及び方向を決定する。決定した衛星アンテナ・ポインティング誤差は、アンテナ・ポインティング誤差を補正するように衛星を制御するために、ＴＴ＆Ｃ局２６０へ送信され得る。

【0017】

ＴＴ＆Ｃ局２６０は、衛星仰角誤差２４０と衛星アンテナ・ピッチ誤差２４２とを受信するプロセッサ２６２を備える。プロセッサ２６２は、その後、衛星仰角誤差２４０と衛星アンテナ・ピッチ誤差２４２とを処理して、補正信号２６３を生成する。補正信号２６３は、アンテナ２６６を通じて衛星へ送信されるために、送信機２６４へ送られる。所定の実施形態では、送信機２６４は、位相変調を使用して信号を変調する。他の実施形態では、送信機２６４は、周波数変調、振幅変調、又は任意の他の好適な変調手法を使用して制御信号２６３を変調する。アンテナ２６６は、衛星２００へビーム２２６として制御信号２６３を送信し、衛星２００はビーム２２６を受信して、コマンド及びテレメトリ・サブシステム２１２においてその制御信号を処理する。衛星が自身の向きを補正する命令を
受信する場合、コマンド及びテレメトリ・サブシステム２１２は、アンテナ・ポインティング調整機構１０１及び／又は２０１が衛星アンテナの向きを補正するように命令することができる。プロセッサ２０５は、衛星のテレメトリを決定し、地上局２３０又はテレメトリ及び制御局２６０などの地上局からコマンドを受信するために、コマンド及びテレメトリ・サブシステム２１２と通信することができる。本実施形態ではアンテナ仰角誤差２４０とアンテナ・ピッチ誤差２４２とから制御信号を生成して送信するようなテレメトリ及び制御局２６０を示すが、地上局２３０は、プロセッサ２３８、送信機２３６、及びパラボラ・アンテナ２３２を使用して実質的に同じ機能を行うことができることが理解される。

【0018】

図４は、衛星アンテナ・ポインティング誤差を検出するための高水準プロセス４００のフロー図を示す。プロセス３００は、衛星においてビーコン信号を生成すること（４０２）、ビーコン信号を第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号へと処理すること（４０４）、第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号を処理してポインティング誤差信号を生成すること（４０６）、ポインティング誤差信号を受信局へ送信すること（４０８）、受信局においてポインティング誤差信号を受信すること（４１０）、第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号に少なくとも部分的に基づいてポインティング誤差を決定すること（４１２）、及び制御信号を衛星へ送信することであって、制御信号はポインティング誤差に関連付けられていること（４１４）、及び制御信号に少なくとも部分的に基づいてアンテナの向きを修正すること（５１６）を含み得る。プロセス４００は、衛星アンテナ・ポインティングの所望の正確さを達成するために繰り返されてよい。

【0019】

工程４０２では、衛星２００はビーコン２０２ａ〜ｂを使用してビーコン信号を生成する。ビーコン信号は、変調されていないＲＦ信号又は変調されているＲＦ信号であってよい。工程４０４では、衛星２００はビーコン信号を第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号へと処理する。第１のビーコン信号は和信号に対応することができ、和信号は、衛星アンテナのボアサイト軸においてピークを有する振幅プロフィールを持つ。第２のビーコン信号は差動信号に対応することができ、差動信号は、衛星アンテナのボアサイト軸において実質的にゼロの振幅を有し、ボアサイト軸を離れると実質的に非ゼロの振幅を有する。差動信号は、また、ボアサイト軸の付近に、ポインティング誤差を検出するために地上局２３０によって使用される急な凹状の変化を含み得る。

【0020】

工程４０６では、衛星２００は、第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号を処理してポインティング誤差信号を生成する。第１のビーコン信号（信号２０８）は、アンテナに関連付けられているトラッキング・フィードの和ポートに直接的に送られ、アンテナのボアサイト軸においてピークを有する振幅プロフィールを持つ「和」信号を生成する。第２のビーコン信号（信号２０６）は、位相変調器２１０において０度及び１８０度の位相角により変調され、その後、アンテナのボアサイト軸において実質的にゼロの大きさを有する振幅プロフィールを持つ「差動」信号２０６を生成するべく、アンテナに関連付けられているトラッキング・フィード２１８の差動ポートへ変調信号２１４が送られる。他の実施形態では、位相変調器は、４５度、９０度、１２０度、又は任意の他の好適な位相角で差動信号２０６の位相をシフトしてよい。第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号は、地上局２３０（又は２６０）へ送信するためのポインティング誤差信号を生成するべく、トラッキング・フィード２１８を通じて空間領域において合成される。

【0021】

工程４０８では、衛星２００は、ポインティング誤差信号を地上局２３０又はテレメトリ及び制御局２６０などの地上局へ送信する。工程４１０では、地上局２３０は、衛星２００からポインティング誤差信号を受信する。受信機はポインティング誤差信号を復調し、復調信号２３５をプロセッサ２３８へ送る。工程４１２では、地上局２３０が、第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号に少なくとも部分的に基づいてポインティング誤差
を決定する。一部の実施形態では、地上局２３０は、ポインティング誤差の大きさを決定するために、第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号の大きさを比較する。例えば、地上局２３０は、第１のビーコン信号の大きさから第２のビーコン信号の大きさを減じ得る。地上局２３０は、また、第１のビーコン信号の位相に対する第２のビーコン信号の位相を決定し、位相情報からポインティング誤差の方向を決定し得る。例えば、差動信号３０８は、衛星アンテナのボアサイト軸についての位相の変化を含むことができる。したがって、衛星アンテナが１つの方向に対して整合しない場合、差動信号３０８の位相情報は、衛星アンテナが逆の方向に整合しない場合とは異なり得る。

【0022】

工程４１４では、地上局２３０又はテレメトリ及び制御局２６０などの受信局は、制御信号を衛星へ送信する。地上局２３０は、アンテナ仰角誤差２４０及びアンテナ方位角誤差２４２を含む算出されたポインティング誤差を、テレメトリ及び制御局２６０のプロセッサ２６２へ送る。テレメトリ及び制御局２６０はアンテナ仰角誤差２４０及びアンテナ方位角誤差２４２を処理して、衛星２００へ送る制御信号２６３（又は、制御信号のセット）を決定する。制御信号２６３は送信機２６４へ送られ、その時点で、制御信号が衛星２００へ送信されるために作成される。送信機２６４は制御信号２６３を変調し、制御信号をビーム２２６へと成形してそのビーム２２６を衛星２００へ送信するＴＴ＆Ｃアンテナ２６６へ変調信号を送る。所定の実施形態では、送信機２６４は、位相変調を使用して制御信号２６３を変調する。他の実施形態では、送信機２６４は、周波数変調、振幅変調、又は任意の他の好適な変調手法を使用して制御信号２６３を変調する。本実施形態ではアンテナ仰角誤差２４０とアンテナ方位角誤差２４２とから制御信号を生成して送信する工程を行うテレメトリ及び制御局２６０を示すが、地上局２３０は、プロセッサ２３８、送信機２３６、及びアンテナ２３２を使用して実質的に同じ工程を行うことができることが理解される。

【0023】

工程４１６では、衛星２００は、制御信号に少なくとも部分的に基づいてアンテナの向きを修正する。衛星２００の衛星コマンド及びテレメトリ・サブシステム２１２は、制御信号を受信し、ポインティング調整機構がパレット又はリフレクタ２２２の向きを調整するように命令する。プロセス４００は、衛星アンテナ・ポインティングの所望の正確さを達成するために繰り返されてよい。

【0024】

図５は、本開示の実施形態による、本明細書に記載のプロセスのうちの何れかを行うための、図２のシステムの処理又は回路構成部品のうちの何れかなどのコンピューティング装置のブロック図である。これらのシステムの構成部品の各々は、１つ以上のコンピューティング装置５００において実装されることができる。所定の態様では、これらのシステムの複数の構成部品は、１つのコンピューティング装置５００の中に備えられてよい。所定の実施形態では、構成部品と記憶装置５１１とは、いくつかのコンピューティング装置５００にわたって実装されてよい。

【0025】

コンピューティング装置５００は、１つ以上の通信インタフェース・ユニット５０８、入力／出力制御装置５１０、システム・メモリ５０３、及び１つ以上のデータ記憶装置５１１を備える。システム・メモリ５０３は、１つ以上のランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ５０２）と１つ以上のリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ５０４）とを備える。これらの構成要素の全ては、コンピューティング装置５００の動作を容易にするために中央処理ユニット（ＣＰＵ５０６）と通信状態にある。コンピューティング装置５００は、多くの異なる方法により構成されることができる。例えば、コンピューティング装置５００は従来のスタンドアロン・コンピュータであってよく、又はこれに代えて、コンピューティング装置５００の機能は、複数のコンピュータ・システム及びアーキテクチャにわたって分散されてよい。図５では、コンピューティング装置５００は、他のサービス又はシステムに対して、ネットワーク５１８又はローカル・ネットワークを介してリンクされる。ネ
ットワーク５１８は、衛星２００と通信する地上局２３０又はＴＴ＆Ｃ局２６０などの受信局を含むことができ、受信局は、他のサービス又はシステムと通信することができる。

【0026】

コンピューティング装置５００は分散型のアーキテクチャにより構成されることができ、データベース及びプロセッサは、複数の分離したユニット又は場所に収容される。一部のユニットは主要な処理機能を行い、最低限の一般的な制御装置又はプロセッサ及びシステム・メモリ５０３を備える。分散型のアーキテクチャの実施形態では、これらのユニットの各々が、他のサービス、クライアント、又はユーザ・コンピュータ及び他の関連する装置との主要な通信リンクとしてサービスを提供する通信ハブ又はポート（図示せず）に対して、通信インタフェース・ユニット５０８を介して取り付けられることができる。通信ハブ又はポートは、最少の処理性能そのものを有することができ、主として通信ルータとしてサービスを提供する。様々な通信プロトコルがシステムの一部であってよく、該通信プロトコルはイーサネット（登録商標）（ＥＴＨＥＲＮＥＴ（登録商標））、ＳＡＰ、ＳＡＳ（商標）、ＡＴＰ、ブルートゥース（登録商標）（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標））（商標）、ＧＳＭ（登録商標）、及びＴＣＰ／ＩＰを含むが、これらに限定されない。

【0027】

ＣＰＵ５０６は、１つ以上の従来のマイクロプロセッサ及び１つ以上の補足のコプロセッサ（例えば、ＣＰＵ５０６からの作業負荷のオフロードのための数値演算コプロセッサ）などのプロセッサを備える。ＣＰＵ５０６は、通信インタフェース・ユニット５０８及び入力／出力制御装置５１０と通信状態にあり、ＣＰＵ５０６は入力／出力制御装置５１０を通じて他のサービス、ユーザ端末、又は装置などの他の装置と通信する。通信インタフェース・ユニット５０８及び入力／出力制御装置５１０は、例えば他のプロセッサ、サービス、又はクライアント端末との同時通信のための複数の通信チャネルを備え得る。

【0028】

ＣＰＵ５０６は、また、データ記憶装置５１１と通信状態にある。データ記憶装置５１１は、磁気、光学、又は半導体メモリの適切な組み合わせを備えることができ、例えば、ＲＡＭ５０２、ＲＯＭ５０４、フラッシュドライブ、コンパクトディスクなどの光ディスク、又はハードディスク又はドライブを含んでよい。ＣＰＵ５０６及びデータ記憶装置５１１のそれぞれは、例えば、１つのコンピュータ又は他のコンピューティング装置の中に完全に配置されることができるか、ＵＳＢポート、シリアル・ポート・ケーブル、同軸ケーブル、イーサネット・ケーブル、電話回線、無線トランシーバ若しくは他の同様の無線若しくは有線媒体、又は前述の組み合わせなどの通信媒体によって互いに接続されることができる。例えば、ＣＰＵ５０６は、通信インタフェース・ユニット５０８を介してデータ記憶装置５１１へ接続されてよい。ＣＰＵ５０６は、１つ以上の特定の処理機能を実行するように構成されることができる。

【0029】

データ記憶装置５１１は、例えば、（ｉ）コンピューティング装置５００用のオペレーティング・システム５１２、（ｉｉ）本明細書に記載のシステム及び方法によって、及び特にＣＰＵ５０６に関して詳細に記載されるプロセスによってＣＰＵ５０６を指示するように構成されている１つ以上のアプリケーション５１４（例えば、コンピュータ・プログラム・コード又はコンピュータ・プログラム製品）、又は（ｉｉｉ）プログラムによって要求される情報を記憶するために利用されることができる情報を記憶するように構成されているデータベース５１６を記憶することができる。

【0030】

オペレーティング・システム５１２及びアプリケーション５１４は、例えば、圧縮形式、非コンパイル（ｕｎｃｏｍｐｉｌｅｄ）形式、及び暗号化形式で記憶されることができ、コンピュータ・プログラム・コードを含むことができる。プログラムの命令は、ＲＯＭ５０４から、又はＲＡＭ５０２からなど、データ記憶装置５１１以外のコンピュータ可読媒体からプロセッサのメイン・メモリの中へ読み込まれることができる。プログラム中の
命令のシーケンスの実行によってＣＰＵ５０６が本明細書に記載のプロセス工程を行う間、本開示のプロセッサの実施形態に対して、ソフトウェア命令の代わりに、又はソフトウェア命令と組み合わせてハードワイヤード回路が使用されることができる。したがって、記載のシステムと方法とは、ハードウェア及びソフトウェアの任意の特定の組み合わせに限定されない。

【0031】

本明細書に使用される用語「コンピュータ可読媒体」は、コンピューティング装置５００のプロセッサ（又は、本明細書に記載の装置の任意の他のプロセッサ）に対して実行用の命令を提供するか、実行用の命令を提供することに関与する任意の非一時的な媒体を指す。このような媒体は、不揮発性媒体と揮発性媒体とを含むがこれらに限定されない、多くの形態をとることができる。不揮発性媒体は、例えば、光、磁気、若しくは光磁気ディスク、又はフラッシュメモリなどの集積回路メモリを含む。揮発性媒体は、メイン・メモリを典型的に構成するダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）を含む。コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能なプログラム可能な読み出し専用メモリ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ））、ＦＬＡＳＨ−ＥＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリ・チップ若しくはカートリッジ、又はコンピュータが読み出すことのできる任意の他の非一時的な媒体を含む。

【0032】

コンピュータ可読媒体の様々な形態は、実行のためにＣＰＵ５０６（又は、本明細書に記載の装置の任意の他のプロセッサ）に対して１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを運ぶことに携わることができる。例えば、命令は、最初に遠隔コンピュータ（図示せず）の磁気ディスク上で運ばれることができる。遠隔コンピュータは、該命令をその動的メモリの中にロードし、高利得アンテナを使用して無線通信上で該命令を送ることができる。コンピューティング装置５００のローカルな通信装置（例えば、サーバ）は、それぞれの通信回線上でデータを受信し、プロセッサへのシステム・バス上にこのデータを配置することができる。システム・バスは、プロセッサが命令を取り出して実行するメイン・メモリに、このデータを運ぶ。メイン・メモリによって受信されている命令は、プロセッサによる実行の前又は後の何れかに、メモリに任意に記憶されることができる。これに加えて、命令は、様々な種類の情報を運ぶ無線通信又はデータストリームの例示的形態である電気信号、電磁信号、又は光信号として、通信ポートを介して受信されてよい。

【0033】

本明細書では好適な実施形態が示されて記載されているが、このような実施形態が例としてのみ提供されていることが、当業者にとって明らかである。当業者は、本発明から逸脱することなく、ここで多くの変更、変化、及び置換を思いつくだろう。本明細書に記載の実施形態の様々な代替案が実際に使用可能であることが理解される。例えば、本明細書の開示は、スポット・ビーム及び衛星信号の任意の他の種類に対して適用されることができる。地上局及びＴＴ＆Ｃ局は独立して記載されるが、各局が地上局と見なされてよく、それぞれで記載された機能と特徴とは、１つの集合した局によって、又は複数の局によって行われることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】