特開 2024-148437 人工衛星システム、及び人工衛星間の距離測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024148437

(43)【公開日】2024-10-18

(54)【発明の名称】人工衛星システム、及び人工衛星間の距離測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/84 20060101AFI20241010BHJP

【ＦＩ】

G01S13/84

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023061559

(22)【出願日】2023-04-05

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】木村 寿利

(72)【発明者】

【氏名】舟根 司

(72)【発明者】

【氏名】田部 洋祐

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 真

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 康一

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB15

5J070AC02

5J070AC06

5J070AE20

5J070AF08

5J070AH25

5J070AH31

5J070AH35

5J070BC16

(57)【要約】

【課題】複数の人工衛星の間で、時刻同期を行わずに相対距離を測定することができるシステムを提供する。
【解決手段】本発明による人工衛星システムは、第１と第２の人工衛星１０、２０を備え、第１の人工衛星１０のアンテナ１３は、第２の人工衛星２０に電波３１（送信信号）を送信し、第２の人工衛星２０のアンテナ１３は、送信信号を受信し、第２の人工衛星２０のソフトウェア無線機１２は、送信信号と同じ周波数と位相を持つ信号を生成し、第２の人工衛星２０のアンテナ１３は、第２の人工衛星２０が生成した信号の電波３２を第１の人工衛星１０に送信し、第１の人工衛星１０のアンテナ１３は、第２の人工衛星２０が送信した電波３２（受信信号）を受信し、第１の人工衛星１０のデータ処理装置１１は、送信信号の送信時刻と受信信号の受信時刻との差と、送信信号と受信信号との位相差を用いて、第１の人工衛星１０と第２の人工衛星２０の相対距離を求める。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも第１の人工衛星と第２の人工衛星とを含む、複数の人工衛星を備え、
前記人工衛星のそれぞれは、データ処理装置と、ソフトウェア無線機と、アンテナとを備え、
前記第１の人工衛星の前記アンテナは、前記第２の人工衛星に電波を送信信号として送信し、
前記第２の人工衛星の前記アンテナは、前記送信信号を受信し、
前記第２の人工衛星の前記ソフトウェア無線機は、前記送信信号と同じ周波数と位相を持つ信号を生成し、
前記第２の人工衛星の前記アンテナは、前記第２の人工衛星の前記ソフトウェア無線機が生成した信号の電波を前記第１の人工衛星に送信し、
前記第１の人工衛星の前記アンテナは、前記第２の人工衛星が送信した電波を受信信号として受信し、
前記第１の人工衛星の前記データ処理装置は、前記送信信号の送信時刻と前記受信信号の受信時刻との差と、前記送信信号と前記受信信号との位相差を用いて、前記第１の人工衛星と前記第２の人工衛星との相対距離を求める、
ことを特徴とする人工衛星システム。

【請求項2】

前記第２の人工衛星の前記ソフトウェア無線機は、
前記第２の人工衛星が受信した前記送信信号のうち、前記第２の人工衛星に割り当てられた周波数帯域の信号を通過させる周波数フィルタ機能を備え、
前記周波数フィルタ機能で通過させた信号と同じ周波数と位相を持つ信号を生成し、
前記第２の人工衛星の前記アンテナは、前記第２の人工衛星の前記ソフトウェア無線機が生成した信号の電波を前記第１の人工衛星に送信する、
請求項１に記載の人工衛星システム。

【請求項3】

前記第１の人工衛星は、前記第１の人工衛星を駆動するための推進機構を備え、
前記第１の人工衛星の前記データ処理装置は、前記送信信号に対する前記受信信号の周波数シフト量に基づき、前記推進機構を用いて、前記第１の人工衛星の速度と位置を調整する、
請求項１に記載の人工衛星システム。

【請求項4】

前記第１の人工衛星の前記データ処理装置は、
前記第１の人工衛星と地上にある地上局との相対位置を求め、
前記第１の人工衛星と前記第２の人工衛星との相対距離と、前記相対位置を用いて、前記第１の人工衛星と前記第２の人工衛星の、前記地上局の位置を基準とした位置を求める、
請求項１に記載の人工衛星システム。

【請求項5】

前記ソフトウェア無線機は、前記送信信号の生成での周波数変換処理と、前記受信信号に対する周波数変換処理とを行う局部発振器を備える、
請求項１に記載の人工衛星システム。

【請求項6】

前記ソフトウェア無線機は、
前記送信信号の生成での周波数変換処理を行う第１の局部発振器と、
前記受信信号に対する周波数変換処理を行う第２の局部発振器と、
前記データ処理装置から受信したリファレンス信号に、前記第１の局部発振器を用いて周波数変換処理を行う第１のフィードバック回路と、
前記第１のフィードバック回路から受信した前記リファレンス信号に、前記第２の局部発振器を用いて周波数変換処理を行う第２のフィードバック回路と、
を備え、
前記データ処理装置は、前記第１のフィードバック回路に送信した前記リファレンス信号の位相と、前記第２のフィードバック回路から受信した前記リファレンス信号の位相との差を求め、求めた位相の差を用いて、前記第１の局部発振器と前記第２の局部発振器の間の位相差を補正する、
請求項１に記載の人工衛星システム。

【請求項7】

前記ソフトウェア無線機は、信号の振幅を増幅する増幅器を備え、
前記増幅器のゲインは、前記第１の人工衛星と前記第２の人工衛星との相対距離として想定された距離に基づいて決定されている、
請求項１に記載の人工衛星システム。

【請求項8】

前記第１の人工衛星が送信する前記送信信号の周波数は、前記第１の人工衛星と前記第２の人工衛星との相対距離として想定された距離に基づいて決定されている、
請求項１に記載の人工衛星システム。

【請求項9】

前記人工衛星の前記データ処理装置は、前記人工衛星の間の相対距離から、前記人工衛星の互いの相対位置を求める、
請求項１に記載の人工衛星システム。

【請求項10】

前記第１の人工衛星と前記第２の人工衛星は、互いに同じ構成を備え、前記送信信号の送信と、前記送信信号の受信とが可能であるように構成されている、
請求項１に記載の人工衛星システム。

【請求項11】

第１の人工衛星が、第２の人工衛星に電波を送信信号として送信するステップと、
前記第２の人工衛星が、前記送信信号を受信するステップと、
前記第２の人工衛星が、前記送信信号と同じ周波数と位相を持つ信号を生成するステップと、
前記第２の人工衛星が、前記第２の人工衛星が生成した信号の電波を前記第１の人工衛星に送信するステップと、
前記第１の人工衛星が、前記第２の人工衛星が送信した電波を受信信号として受信するステップと、
前記第１の人工衛星が、前記送信信号の送信時刻と前記受信信号の受信時刻との差と、前記送信信号と前記受信信号との位相差を用いて、前記第１の人工衛星と前記第２の人工衛星との相対距離を求めるステップと、
を有することを特徴とする、人工衛星間の距離測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の人工衛星を有する人工衛星システムと、人工衛星間の距離を測定する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の人工衛星を組み合わせて一体的に機能させるコンステレーション化が進んでいる。複数の人工衛星を組み合わせるためには、各人工衛星の位置の測定と、人工衛星群の形状の把握が重要である。人工衛星の位置の測定は、ＧＰＳ（Global Positioning System）などのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いて行われる場合があるが、人工衛星の位置によっては、人工衛星はＧＮＳＳからの信号を受信できないことがある。小型の人工衛星の活用範囲が今後広がることが予想されており、ＧＮＳＳを利用できない場合でも複数の人工衛星の位置や人工衛星間の距離を測定する技術の確立が必要となってきている。

【0003】

複数の人工衛星（宇宙機）の位置を測定する従来技術の例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された技術では、ホスト船が、３つのアンテナで無線周波数信号を連続的に送信し、コンパニオン船が、ホスト船から送信された信号をアンテナで連続的に受信する。コンパニオン船は、ホスト船の３つのアンテナのそれぞれから発生する各受信信号の伝播時間を測定し、主アンテナから発生する信号が伝搬した経路と２つの副アンテナのそれぞれから発生する信号が伝搬した経路との経路差を導出する測定装置を備える。ホスト船は、コンパニオン船から送信された経路差の測定結果から、ホスト船とコンパニオン船間の相対的角度位置を決定する処理装置を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１５５８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、上述したように、ホスト船とコンパニオン船の間での電波の伝播時間差（経路差）を利用して、複数の人工衛星（宇宙機）の相対的な位置や距離を測定する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術などの従来の技術では、複数の人工衛星の間で互いの距離を測定するためには、人工衛星間で時刻を同期する必要がある。この時刻同期を行うためには、原子時計などの時刻同期用の装置やシステムが必要である。このため、従来の技術には、装置が複雑で大型になるとともに、装置が実行する処理が煩雑になるので、コストが増加するという課題がある。

【0006】

本発明の目的は、複数の人工衛星の間で、時刻同期を行わずに相対距離を測定することができるシステムと方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明による人工衛星システムは、少なくとも第１の人工衛星と第２の人工衛星とを含む、複数の人工衛星を備える。前記人工衛星のそれぞれは、データ処理装置と、ソフトウェア無線機と、アンテナとを備える。前記第１の人工衛星の前記アンテナは、前記第２の人工衛星に電波を送信信号として送信する。前記第２の人工衛星の前記アンテナは、前記送信信号を受信する。前記第２の人工衛星の前記ソフトウェア無線機は、前記送信信号と同じ周波数と位相を持つ信号を生成する。前記第２の人工衛星の前記アンテナは、前記第２の人工衛星の前記ソフトウェア無線機が生成した信号の電波を前記第１の人工衛星に送信する。前記第１の人工衛星の前記アンテナは、前記第２の人工衛星が送信した電波を受信信号として受信する。前記第１の人工衛星の前記データ処理装置は、前記送信信号の送信時刻と前記受信信号の受信時刻との差と、前記送信信号と前記受信信号との位相差を用いて、前記第１の人工衛星と前記第２の人工衛星との相対距離を求める。

【0008】

本発明による工衛星間の距離測定方法は、第１の人工衛星が、第２の人工衛星に電波を送信信号として送信するステップと、前記第２の人工衛星が、前記送信信号を受信するステップと、前記第２の人工衛星が、前記送信信号と同じ周波数と位相を持つ信号を生成するステップと、前記第２の人工衛星が、前記第２の人工衛星が生成した信号の電波を前記第１の人工衛星に送信するステップと、前記第１の人工衛星が、前記第２の人工衛星が送信した電波を受信信号として受信するステップと、前記第１の人工衛星が、前記送信信号の送信時刻と前記受信信号の受信時刻との差と、前記送信信号と前記受信信号との位相差を用いて、前記第１の人工衛星と前記第２の人工衛星との相対距離を求めるステップとを有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によると、複数の人工衛星の間で、時刻同期を行わずに相対距離を測定することができるシステムと方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】本発明の実施例１による人工衛星システムが備える複数の人工衛星（２つの人工衛星）の例を示す図である。

【図1B】本発明の実施例１による人工衛星システムが備える複数の人工衛星（４つの人工衛星）の例を示す図である。

【図2】実施例１による人工衛星システムの概略構成の例を示すブロック図である。

【図3】送信人工衛星と受信人工衛星の基本構成の例をより詳細に示す図である。

【図4】送信人工衛星と受信人工衛星とを相互に切り替えて、送信人工衛星と受信人工衛星の相対距離を測定する際のシーケンス制御の例を示す図である。

【図5】実施例１による人工衛星システムのシーケンス制御の例を示す図である。

【図6A】周波数フィルタ機能を説明するための図である。

【図6B】局部発振器が発生する信号の周波数を調整する周波数フィルタ機能を説明するための図である。

【図7】実施例１による、人工衛星間の距離測定方法のフローチャートの例を示す図である。

【図8】本発明の実施例２において、人工衛星の速度を制御するシーケンス制御のフローチャートの例を示す図である。

【図9】本発明の実施例３において、人工衛星の絶対位置を測定するための構成の例を示す図である。

【図10】本発明の実施例４において、ソフトウェア無線機の概略構成の例を示すブロック図である。

【図11】複数の人工衛星で構成された人工衛星群の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明による人工衛星システムと人工衛星間の距離測定方法では、１つの人工衛星と１つまたは複数の人工衛星との間の相対距離を、これらの人工衛星の間で時刻同期を行わずに、測定することができる。このため、時刻同期に必要な装置や機能を削減でき、人工衛星システムの構築コストを低減させることができる。

【0012】

本発明による人工衛星システムでは、送信人工衛星である第１の人工衛星は、受信人工衛星である第２の人工衛星に電波を送信し、第２の人工衛星は、第１の人工衛星から受信した電波と同じ周波数と位相を持つ電波を第１の人工衛星に送信し、第１の人工衛星は、第１の人工衛星と第２の人工衛星との相対距離を求める。また、第１の人工衛星と第２の人工衛星は、互いに同じ構成を備えており、ソフトウェア無線機を備えることで、第１の人工衛星としての機能と第２の人工衛星としての機能の両方を有することができる。

【0013】

第２の人工衛星は、受信した電波のうち自らに割り当てられた周波数帯域の電波を通過させる周波数フィルタ機能を備えるのが好ましい。第２の人工衛星は、周波数フィルタ機能で通過させた電波と同じ周波数と位相の電波を第１の人工衛星に送信することができる。この周波数フィルタ機能により、本発明による人工衛星システムは、３つ以上の人工衛星の間のそれぞれの相対距離を同時に求めることができる。

【0014】

以下、本発明の実施例による人工衛星システムと人工衛星間の距離測定方法を、図面を参照して説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

【実施例0015】

本発明の実施例１による人工衛星システムと人工衛星間の距離測定方法を説明する。本実施例による人工衛星間の距離測定方法は、本実施例による人工衛星システムが実施することができる。

【0016】

図１Ａと図１Ｂは、本実施例による人工衛星システムが備える複数の人工衛星の例を示す図である。本実施例による人工衛星システムは、複数の人工衛星、すなわち、１つの送信人工衛星１０と１つまたは複数の受信人工衛星２０を備える。送信人工衛星１０は、受信人工衛星２０としての構成と機能も備え、受信人工衛星２０は、送信人工衛星１０としての構成と機能も備える。送信人工衛星１０と受信人工衛星２０は、例えば、静止軌道（赤道上の高度約３．６万ｋｍの軌道）を飛行する地球観測用の人工衛星である。

【0017】

図１Ａには、本実施例による人工衛星システムが、２つの人工衛星で構成されている例を示している。図１Ａに示す人工衛星システムは、単一の送信人工衛星１０と、単一の受信人工衛星２０を備える。

【0018】

例えば、送信人工衛星１０は、受信人工衛星２０との相対距離を測定するための電波３１を受信人工衛星２０に送信する。受信人工衛星２０は、電波３１を受信した後に、電波３１が受信人工衛星２０に割り当てられた周波数帯域の電波であれば、受信した電波３１と同じ周波数と位相の電波３２を送信人工衛星１０に送信する。以下では、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０について、送信する電波を送信信号とも呼び、受信する電波を受信信号とも呼ぶ。

【0019】

送信人工衛星１０は、受信人工衛星２０から送信された電波３２を受信し、電波３１の送信時刻と電波３２の受信時刻の差と、送信信号（電波３１）と受信信号（電波３２）の位相差と、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０の回路内処理時間から、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０との間の相対距離を演算して求める。なお、回路内処理時間とは、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０が備える回路が信号処理に要する時間である。送信人工衛星１０と受信人工衛星２０の回路内処理時間は、事前に測定して求めることができる。

【0020】

本実施例による人工衛星システムは、このように、送信人工衛星１０が送信した電波３１を受信人工衛星２０が受信し、受信した電波３１と同じ周波数と位相の電波３２を人工衛星２０が送信し、送信人工衛星１０がこの電波３２を受信する。すなわち、送信人工衛星１０は、受信人工衛星２０に送信した電波３１と同じ周波数と位相の電波３２を、受信人工衛星２０から受信する。

【0021】

送信人工衛星１０と受信人工衛星２０は、互いに同じ構成を備え、送信人工衛星としての運用と受信人工衛星としての運用を切り替えることができる。すなわち、送信人工衛星１０を、送信信号を受信する受信人工衛星２０として運用し、受信人工衛星２０を、送信信号を送信する送信人工衛星１０として運用することもできる。例えば、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０は、送信信号の送信と、受信信号の受信と、送信信号の受信と、受信信号の送信とが可能であるように構成されている。

【0022】

本実施例による人工衛星システムでは、このようにして、複数の人工衛星の間で、時刻同期を行わずに相対距離を測定することができる。また、受信人工衛星２０は、自らに割り当てられた周波数帯域の電波について、受信した電波３１と同じ周波数と位相の電波３２を送信人工衛星１０に送信する。本実施例による人工衛星システムでは、人工衛星が処理する周波数帯域を人工衛星ごとに変えて割り当てることで、複数の人工衛星の相対距離を同時に測定することができる。

【0023】

図１Ｂには、本実施例による人工衛星システムが、４つの人工衛星１ａ～１ｄを備える例を示している。４つの人工衛星１ａ～１ｄは、互いに同じ構成を備え、送信人工衛星１０としての運用と受信人工衛星２０としての運用を切り替えることができる。

【0024】

例えば、人工衛星１ａを送信人工衛星１０として運用し、人工衛星１ｂ～１ｄを受信人工衛星２０として運用して、人工衛星１ａが電波３１を送信して電波３２を受信することで、人工衛星１ａと人工衛星１ｂ～１ｄのそれぞれとの間の相対距離を測定することができる。また、例えば、人工衛星１ｂを送信人工衛星１０として運用し、人工衛星１ａ、１ｃ～１ｄを受信人工衛星２０として運用して、人工衛星１ｂが電波３１を送信して電波３２を受信することで、人工衛星１ｂと人工衛星１ａ、１ｃ～１ｄのそれぞれとの間の相対距離を測定することができる。

【0025】

上述したように、人工衛星１ａ～１ｄには、それぞれが処理する周波数帯域が割り当てられているので、本実施例による人工衛星システムでは、複数の人工衛星１ａ～１ｄの相対距離を同時に測定することができる。

【0026】

図２は、本実施例による人工衛星システムの概略構成の例を示すブロック図である。本実施例による人工衛星システム４は、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０を備える。

【0027】

送信人工衛星１０は、電波３１を送信し、受信人工衛星２０との相対距離を測定する人工衛星である。受信人工衛星２０は、受信した電波３１と同じ周波数と位相の電波３２を送信人工衛星１０に送り返し、送信人工衛星１０によって相対距離が測定される人工衛星である。

【0028】

送信人工衛星１０は、データ処理装置１１ａ、１１ｂ、ソフトウェア無線機１２ａ、１２ｂ、及びアンテナ１３ａ、１３ｂを備える。受信人工衛星２０は、データ処理装置２１ａ、２１ｂ、ソフトウェア無線機２２ａ、２２ｂ、及びアンテナ２３ａ、２３ｂを備える。さらに、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０は、それぞれ、人工衛星１０、２０の姿勢を制御するための制御装置１８、２８と、人工衛星１０、２０を駆動するための推進機構１７、２７と、人工衛星１０、２０の状態を把握するためのセンサー１９、２９を備える。推進機構１７、２７には、例えば、任意のスラスタや電気推進装置などを用いることができる。

【0029】

データ処理装置１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂは、演算装置であり、送信信号（電波３１）の送信時刻と受信信号（電波３２）の受信時刻の差と、送信信号と受信信号の位相差を用いて、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０の相対距離を演算する機能を備える。また、データ処理装置１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂは、それぞれ、ソフトウェア無線機１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂを制御する機能を備える。送信人工衛星１０が備えるデータ処理装置１１ａ、１１ｂは、１つのデータ処理装置で構成してもよく、互いに異なるデータ処理装置で構成してもよい。受信人工衛星２０が備えるデータ処理装置２１ａ、２１ｂは、１つのデータ処理装置で構成してもよく、互いに異なるデータ処理装置で構成してもよい。

【0030】

ソフトウェア無線機１２ａ、２２ａ、１２ｂ、２２ｂは、送信する電波の信号を生成する機能や、受信した電波を処理する機能を備える。

【0031】

ソフトウェア無線機１２ａ、２２ａは、それぞれデータ処理装置１１ａ、２１ａからの指令に従い、この指令に応じたアナログ信号を生成する機能を備える。例えば、受信人工衛星２０が備えるソフトウェア無線機２２ａは、受信人工衛星２０が送信人工衛星１０から受信した電波と同じ周波数と位相を持つ電波（アナログ信号）を生成する。ソフトウェア無線機２２ａが後述する周波数フィルタ機能を備える場合には、ソフトウェア無線機２２ａは、周波数フィルタ機能で通過させた信号と同じ周波数と位相を持つ電波を生成する。

【0032】

ソフトウェア無線機１２ｂ、２２ｂは、受信した電波を処理する機能、例えば、それぞれ送信人工衛星１０と受信人工衛星２０が受信したアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を備える。送信人工衛星１０において、ソフトウェア無線機１２ａとソフトウェア無線機１２ｂは、１つのソフトウェア無線機で構成してもよく、互いに異なるソフトウェア無線機で構成してもよい。受信人工衛星２０において、ソフトウェア無線機２２ａとソフトウェア無線機２２ｂは、１つのソフトウェア無線機で構成してもよく、互いに異なるソフトウェア無線機で構成してもよい。

【0033】

アンテナ１３ａ、２３ａは、それぞれソフトウェア無線機１２ａ、２２ａが生成したアナログ信号を電波として送信するための機能を備える。アンテナ１３ｂ、２３ｂは、電波を受信するための機能を備える。送信人工衛星１０と受信人工衛星２０のそれぞれにおいて、電波を送信するアンテナと電波を受信するアンテナは、１つのアンテナで構成してもよく、互いに異なるアンテナで構成してもよい。また、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０は、それぞれ、電波を受信するアンテナ１３ｂ、２３ｂを複数備えてもよい。

【0034】

以下では、データ処理装置１１ａ、１１ｂをデータ処理装置１１と、ソフトウェア無線機１２ａ、１２ｂをソフトウェア無線機１２と、アンテナ１３ａ、１３ｂをアンテナ１３と、データ処理装置２１ａ、２１ｂをデータ処理装置２１と、ソフトウェア無線機２２ａ、２２ｂをソフトウェア無線機２２と、アンテナ２３ａ、２３ｂをアンテナ２３と、それぞれ代表して表すこともある。

【0035】

制御装置１８、２８は、データ処理装置１１からの指令により、推進機構１７、２７を制御して、人工衛星１０、２０を駆動することができる。

【0036】

図３は、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０の基本構成の例をより詳細に示す図である。上述したように、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０は、互いに同じ構成を備える。このため、以下では、代表して送信人工衛星１０について説明し、図３には送信人工衛星１０の基本構成を示している。また、図３では、図の簡略化のために、データ処理装置１１ａ、１１ｂとソフトウェア無線機１２ａ、１２ｂを、それぞれ１つのデータ処理装置１１とソフトウェア無線機１２で示している。

【0037】

ソフトウェア無線機１２は、電波を送信するための構成として、Ｄ／Ａ変換器１２１ａ、フィルタ１２２ａ、増幅器１２３ａ、ミキサー１２４ａ、増幅器１２５ａ、及びフィルタ１２６ａを備える。また、ソフトウェア無線機１２は、電波を受信するための構成として、フィルタ１２６ｂ、増幅器１２５ｂ、ミキサー１２４ｂ、増幅器１２３ｂ、フィルタ１２２ｂ、及びＡ／Ｄ変換器１２１ｂを備える。さらに、ソフトウェア無線機１２は、局部発振器１２７を備える。局部発振器１２７は、アナログ信号の変調（周波数変換）のための信号を発生する装置である。

【0038】

まず、送信人工衛星１０について、電波を送信するための構成を説明する。

【0039】

Ｄ／Ａ変換器１２１ａ（デジタルアナログ変換器１２１ａ）は、データ処理装置１１からの指令に従い、Ｄ／Ａ変換（デジタルアナログ変換）を行ってアナログ信号を生成する。フィルタ１２２ａは、生成されたアナログ信号から、Ｄ／Ａ変換に伴って生じた高周波ノイズを除去する。増幅器１２３ａは、生成されたアナログ信号の振幅を増幅する。ミキサー１２４ａは、生成されたアナログ信号を変調する。すなわち、ミキサー１２４ａは、生成されたアナログ信号と局部発振器１２７からの信号を掛け合わせることで、アナログ信号の周波数を変換する。増幅器１２５ａは、変調したアナログ信号の振幅を増幅する。フィルタ１２６ａは、変調したアナログ信号からノイズ成分を除去する。アンテナ１３ａは、変調したアナログ信号（電気信号）を電波に変換する。

【0040】

なお、ソフトウェア無線機１２は、フィルタ１２２ａ、フィルタ１２６ａ、増幅器１２３ａ、及び増幅器１２５ａのうち１つまたは複数を備えてもよく、これらを全く備えなくてもよい。

【0041】

次に、送信人工衛星１０について、電波を受信するための構成を説明する。

【0042】

アンテナ１３ｂは、受信した電波を電気のアナログ信号に変換する。フィルタ１２６ｂは、このアナログ信号からノイズ成分を除去する。増幅器１２５ｂは、このアナログ信号の振幅を増幅する。ミキサー１２４ｂは、このアナログ信号を変調する。すなわち、ミキサー１２４ｂは、このアナログ信号と局部発振器１２７からの信号を掛け合わせることで、アナログ信号の周波数を変換する。増幅器１２３ｂは、変調したアナログ信号の振幅を増幅する。フィルタ１２２ｂは、周波数変換に伴って生じたノイズまたは不要な周波数帯を、変調したアナログ信号から除去する。Ａ／Ｄ変換器１２１ｂ（アナログデジタル変換器１２１ｂ）は、Ａ／Ｄ変換（アナログデジタル変換）を行って、変調したアナログ信号をデジタル信号に変換する。

【0043】

なお、ソフトウェア無線機１２は、フィルタ１２６ｂ、フィルタ１２２ｂ、増幅器１２５ｂ、及び増幅器１２３ｂのうち１つまたは複数を備えてもよく、これらを全く備えなくてもよい。

【0044】

本実施例では、送信人工衛星１０は、電波を送信する際と受信する際とで、同じ局部発振器１２７を使用する。すなわち、ソフトウェア無線機１２は、同一の局部発振器１２７で、送信信号の生成での周波数変換処理と、受信信号に対する周波数変換処理とを行う。局部発振器１２７に初期位相の誤差があると、ミキサー１２４ａ、１２４ｂがアナログ信号の周波数を変換したときに位相誤差が生じる。本実施例では、電波の送信時と受信時で同じ局部発振器１２７を使用するため、この位相誤差を互いに打ち消しあうことができ、局部発振器１２７による初期位相の誤差が発生しないようにすることができる。

【0045】

また、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０が互いに同じ構成を備えるので、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０とを相互に切り替えることが容易である。このため、１つの人工衛星と１つまたは複数の人工衛星との間の相対距離を、どの人工衛星からでも容易に測定することができる。

【0046】

図４は、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０とを相互に切り替えて、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０の相対距離を測定する際のシーケンス制御の例を示す図である。図４には、２つの人工衛星２ａ、２ｂを示している。

【0047】

図４を用いて、人工衛星２ａが送信人工衛星１０であって人工衛星２ｂが受信人工衛星２０である場合と、人工衛星２ｂが送信人工衛星１０であって人工衛星２ａが受信人工衛星２０である場合を説明する。初めに、送信人工衛星１０である人工衛星２ａが、受信人工衛星２０である人工衛星２ｂとの相対距離を測定し、次に、送信人工衛星１０である人工衛星２ｂが、受信人工衛星２０である人工衛星２ａとの相対距離を測定する。

【0048】

まず、地上にある地上局３が、送信人工衛星１０である人工衛星２ａに測定開始指令ｃ１０１を送信する。すると、人工衛星２ａは、受信人工衛星２０である人工衛星２ｂに電波３１を送信する。そして、人工衛星２ａは、人工衛星２ｂから電波３２を受信して、人工衛星２ｂとの相対距離を求め、相対距離の測定が完了したことを示す信号を地上局３に送信する。

【0049】

次に、地上局３が、送信人工衛星１０である人工衛星２ｂに測定開始指令ｃ１０１を送信する。すると、人工衛星２ｂは、受信人工衛星２０である人工衛星２ａに電波３１を送信する。そして、人工衛星２ｂは、人工衛星２ａから電波３２を受信して、人工衛星２ａとの相対距離を求め、相対距離の測定が完了したことを示す信号を地上局３に送信する。

【0050】

なお、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０との相互の切り替えは、図４に示す例のように、地上局３が測定開始指令ｃ１０１を送信することによって行ってもよく、他の任意の方法で行ってもよい。

【0051】

図５は、本実施例による人工衛星システムのシーケンス制御の例を示す図である。図５を参照して、本実施例による人工衛星システムの構成を説明する。

【0052】

以下では、説明を簡単にするために、人工衛星システムが、１つの送信人工衛星１０と２つの受信人工衛星２０（受信人工衛星２０ａと受信人工衛星２０ｂ）を備える例について説明する。但し、本実施例による人工衛星システムは、この例に限らず、任意の数の送信人工衛星１０と受信人工衛星２０を備えることができる。

【0053】

図５において、送信人工衛星１０が受信人工衛星２０ａとの相対距離を測定する処理５０と、送信人工衛星１０が受信人工衛星２０ｂとの相対距離を測定する処理５１は、並行して実行される。

【0054】

送信人工衛星１０のデータ処理装置１１は、送信信号（すなわち電波３１）を送信するためのデジタル信号を生成する。

【0055】

送信人工衛星１０のソフトウェア無線機１２のＤ／Ａ変換器１２１ａは、データ処理装置１１からの指令に従い、例えば、式（１）で表されるアナログ信号を生成する。なお、式（１）のアナログ信号は、一例として一般的な信号であり、送信人工衛星１０は、他の任意の信号、例えば、ある周波数帯域幅を持った信号を生成してもよい。

【0056】

【数1】

【0057】

式（１）において、ｊは虚数単位、ｆ_１とｆ_２はアナログ信号の周波数、Δｔ_ＤＡ１はデジタルアナログ変換に伴う処理時間、φ_ＤＡ１１は周波数ｆ１の信号における処理時間差により生じる位相差、φ_ＤＡ１２は周波数ｆ_２の信号における処理時間差により生じる位相差を表す。周波数ｆ_１は、受信人工衛星２０ａに割り当てられた周波数帯域に含まれる。周波数ｆ_２は、受信人工衛星２０ｂに割り当てられた周波数帯域に含まれる。

【0058】

処理時間Δｔ_ＤＡ１は、Ｄ／Ａ変換器１２１ａの処理性能に依存する値であり、ノイズによる影響を考えなければ、一定の信号量に対しては一定の値となる。このため、処理時間Δｔ_ＤＡ１は、回路内処理時間として事前に測定して求めることができる値である。位相差φ_ＤＡ１１と位相差φ_ＤＡ１２も、事前に測定した回路内処理時間から求めることができる。

【0059】

ソフトウェア無線機１２のミキサー１２４ａは、アナログ信号の周波数を変換し、送信人工衛星１０の送信信号（すなわち電波３１）を生成する。周波数を変換したアナログ信号は、式（２）で表される。

【0060】

【数2】

【0061】

式（２）において、φ_１は送信人工衛星１０の局部発振器１２７の初期位相の誤差を表し、ｆ_Ｌ．Ｏ．は、局部発振器１２７が発生する信号の周波数を表す。

【0062】

送信人工衛星１０のアンテナ１３は、送信信号を受信人工衛星２０ａと受信人工衛星２０ｂに送信する。

【0063】

受信人工衛星２０ａと受信人工衛星２０ｂのアンテナ２３は、送信人工衛星１０からの送信信号を受信する。受信人工衛星２０ａと受信人工衛星２０ｂが受信する信号は、それぞれ式（３）と式（４）で表される。

【0064】

【数3】

【0065】

【数4】

【0066】

式（３）において、位相差φ_ｌａ１とφ_ｌａ２は、送信人工衛星１０から受信人工衛星２０ａへ電波が伝搬していく過程で生じる位相差である。式（４）において、位相差φ_ｌｂ１とφ_ｌｂ２は、送信人工衛星１０から受信人工衛星２０ｂへ電波が伝搬していく過程で生じる位相差である。

【0067】

式（３）と式（４）で表される信号は、どちらも、周波数（ｆ_１＋ｆ_Ｌ．Ｏ．）の信号と周波数（ｆ_２＋ｆ_Ｌ．Ｏ．）の信号との和で表され、受信人工衛星２０ａが処理する信号と受信人工衛星２０ｂが処理する信号を含む。

【0068】

式（３）と式（４）に含まれる位相差は、人工衛星間の距離と送信信号の周波数に依存し、光速ｃを用いて、それぞれ式（５）と式（６）で表される。

【0069】

【数5】

【0070】

【数6】

【0071】

式（５）において、ｌ_ａは、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ａの間の距離である。式（６）において、ｌ_ｂは、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ｂの間の距離である。

【0072】

受信人工衛星２０ａ、２０ｂのソフトウェア無線機２２のミキサー１２４ｂは、受信人工衛星２０ａ、２０ｂが受信した信号の周波数を変換する。受信人工衛星２０ａ、２０ｂのミキサー１２４ｂが周波数を変換して生成した信号（ベースバンド信号）は、それぞれ式（７）と式（８）で表される。

【0073】

【数7】

【0074】

【数8】

【0075】

式（７）において、φ_２ａは、受信人工衛星２０ａの局部発振器１２７の初期位相の誤差である。式（８）において、φ_２ｂは、受信人工衛星２０ｂの局部発振器１２７の初期位相の誤差である。

【0076】

上述したように、受信人工衛星２０ａ、２０ｂのそれぞれには、処理すべき信号（電波）の周波数帯域が割り当てられている。受信人工衛星２０ａ、２０ｂのソフトウェア無線機２２は、受信人工衛星２０ａ、２０ｂのそれぞれに割り当てられた周波数帯域の信号（電波）のみを通過させる周波数フィルタ機能を備える。すなわち、受信人工衛星２０ａ、２０ｂは、ソフトウェア無線機２２の周波数フィルタ機能を用いて、受信した信号のうち自らに割り当てられた周波数帯域の信号のみを処理し、周波数フィルタ機能で通過させた信号と同じ周波数と位相の信号を第１の人工衛星１０に送信することができる。

【0077】

ここで、ソフトウェア無線機２２の周波数フィルタ機能について説明する。

【0078】

図６Ａは、周波数フィルタ機能を説明するための図である。図６Ａには、信号の周波数に対する強度の分布の例が示されている。

【0079】

例えば、図６Ａの左の図に示すように、受信人工衛星２０ａで受信した信号の周波数帯域をｆ_１ｌ～ｆ_２ｕとする。そして、受信人工衛星２０ａに割り当てられた周波数帯域は、ｆ_１ｌ～ｆ_ｃであるとする。すると、受信人工衛星２０ａは、フィルタ機能ｓ１０１を用いて、図６Ａの右の図に示すように、受信した信号のうち周波数帯域がｆ_１ｌ～ｆ_ｃの範囲の信号のみを通過させる。

【0080】

受信人工衛星２０ｂに割り当てられた周波数帯域がｆ_ｃ～ｆ_２ｕであり、受信人工衛星２０ｂが周波数帯域ｆ_１ｌ～ｆ_２ｕの信号を受信したとすると、受信人工衛星２０ｂは、フィルタ機能を用いて、受信した信号のうち周波数帯域がｆ_ｃ～ｆ_２ｕの範囲の信号のみを通過させる。

【0081】

また、受信人工衛星２０ａ、２０ｂでの周波数フィルタ機能は、フィルタする周波数帯域を固定して、局部発振器１２７が発生する信号の周波数を調整することで、通過させる信号を抜き出してもよい。すなわち、周波数フィルタ機能は、フィルタする周波数帯域を受信人工衛星２０ａ、２０ｂに割り当てられた周波数帯域に応じて変えなくても、周波数変換させる周波数（シフトさせる周波数）を変えることにより、実現することができる。

【0082】

図６Ｂは、局部発振器１２７が発生する信号の周波数を調整する周波数フィルタ機能を説明するための図である。図６Ｂには、信号の周波数に対する強度の分布の例が示されている。図６Ｂは、上段の強度分布と下段の強度分布とで、対応する周波数の大きさが互いに等しくなるように描かれている。図６Ｂに示す例では、説明を分かり易くするために、受信人工衛星２０ａと受信人工衛星２０ｂが、互いに同じ周波数帯域ｆ_１ｌ～ｆ_ｃの範囲の信号のみを通過させるとする。

【0083】

受信人工衛星２０ａにおいて、フィルタする周波数帯域がｆ_１ｌ～ｆ_ｃで固定されているとする。受信人工衛星２０ａでは、図６Ｂの上段の左の図と中央の図に示すように、周波数変換機能ｓ１０２で、送信人工衛星１０と同じ量（局部発振器１２７が発生する信号の周波数ｆ_Ｌ．Ｏ．）だけ周波数をシフトさせる。一方、受信人工衛星２０ｂでは、図６Ｂの下段の左の図と中央の図に示すように、周波数変換機能ｓ１０２で、周波数ｆ’_Ｌ．Ｏ．（＝ｆ_Ｌ．Ｏ．＋ｆ_ｃ－ｆ_１ｌ）だけ周波数をシフトさせる。この後、図６Ｂの上段の中央の図と右の図と、下段の中央の図と右の図に示すように、フィルタ機能ｓ１０１を用いて、受信人工衛星２０ａと受信人工衛星２０ｂに対して周波数帯域ｆ_１ｌ～ｆ_ｃの範囲の信号のみを通過させる。

【0084】

図５を参照して、人工衛星システムの構成の説明に戻る。

【0085】

既に説明したように、受信人工衛星２０ａ、２０ｂのソフトウェア無線機２２のミキサー１２４ｂにより、受信人工衛星２０ａ、２０ｂが受信した信号の周波数が変換されてベースバンド信号（式（７）と式（８））が生成される。

【0086】

受信人工衛星２０ａ、２０ｂが送信人工衛星１０に送信する信号は、それぞれ式（９）と式（１０）で表される。

【0087】

【数9】

【0088】

【数10】

【0089】

式（９）において、φ_ＡＤ２ａとφ_ＤＡ２ａは、それぞれ、受信人工衛星２０ａのアナログデジタル変換とデジタルアナログ変換についての処理時間に伴って生じる位相差である。式（１０）において、φ_ＡＤ２ｂとφ_ＤＡ２ｂは、それぞれ、受信人工衛星２０ｂのアナログデジタル変換とデジタルアナログ変換についての処理時間に伴って生じる位相差である。これらの処理時間は、Ａ／Ｄ変換器１２１ｂとＤ／Ａ変換器１２１ａの性能に依存し、ノイズによる影響を考えなければ、一定の信号量に対しては一定の値となる。このため、これらの処理時間は、回路内処理時間として事前に測定して求めることができる値である。上記の位相差も、事前に測定した回路内処理時間から求めることができる。

【0090】

受信人工衛星２０ａ、２０ｂは、それぞれ、式（３）と式（４）で表される信号を送信人工衛星１０から受信し、式（３）と式（４）で表される信号と同じ周波数と位相を持つ電波を送信人工衛星１０に送信する。式（９）と式（１０）で表される信号は、受信人工衛星２０ａ、２０ｂが送信人工衛星１０に送信する信号であり、式（３）と式（４）で表される信号と同じ周波数と位相を持つとみなすことができる。

【0091】

但し、式（９）と式（１０）では、受信人工衛星２０ａ、２０ｂが、それぞれの周波数フィルタ機能により通過させた信号を示している。このため、式（９）で表される信号は、周波数（ｆ_１＋ｆ_Ｌ．Ｏ．）の信号であり、式（１０）で表される信号は、周波数（ｆ_２＋ｆ_Ｌ．Ｏ．）の信号である。また、受信人工衛星２０ａ、２０ｂが受信する信号と送信する信号とでは、位相を互いに同じ値にしようとしても、実際にはアナログデジタル変換とデジタルアナログ変換に伴う位相差が生じる。このため、式（９）と式（１０）には、この位相差（式（９）ではφ_ＡＤ２ａ＋φ_ＤＡ２ａ、式（１０）ではφ_ＡＤ２ｂ＋φ_ＤＡ２ｂ）を考慮した位相を持つ信号を示している。

【0092】

送信人工衛星１０が受信する信号は、式（１１）で表される。

【0093】

【数11】

【0094】

送信人工衛星１０のソフトウェア無線機１２のミキサー１２４ｂは、式（１１）で表される信号の周波数を変換し、式（１２）で表される信号を得る。

【0095】

【数12】

【0096】

送信人工衛星１０のデータ処理装置１１は、式（１２）で表される信号を、式（１３）で表される信号として計測する。

【0097】

【数13】

【0098】

ここで、φ_ＡＤ１１とφ_ＡＤ１２は、送信人工衛星１０のアナログデジタル変換についての処理時間に伴って生じる位相差である。この処理時間は、Ａ／Ｄ変換器１２１ｂの性能に依存し、ノイズによる影響を考えなければ、一定の信号量に対しては一定の値となる。このため、この処理時間は、回路内処理時間として事前に測定して求めることができる値である。位相差φ_ＡＤ１１とφ_ＡＤ１２も、事前に測定した回路内処理時間から求めることができる。

【0099】

式（１３）に示すように、送信人工衛星１０が受信した信号は、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ａの距離に対応した位相差φ_ｌａ１と、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ｂの距離に対応した位相差φ_ｌｂ２についての情報を持つことが分かる。

【0100】

送信人工衛星１０のデータ処理装置１１は、送信信号と受信信号の周波数解析を実施する。データ処理装置１１は、式（１４）に従い、送信信号（電波３１）の送信時刻と受信信号（電波３２）の受信時刻の差から、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ａ、２０ｂとの相対距離の概算値を計算する。

【0101】

【数14】

【0102】

式（１４）において、ｌ_ａは、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ａの相対距離であり、ｌ_ｂは、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ｂの相対距離である。また、ΔＴ_ａは、送信人工衛星１０が信号を送信した時刻（送信時刻）と、受信人工衛星２０ａが送信した信号を送信人工衛星１０が受信した時刻（受信時刻）との時間差を表す。ΔＴ_ｂは、送信人工衛星１０が信号を送信した時刻と、受信人工衛星２０ｂが送信した信号を送信人工衛星１０が受信した時刻との時間差を表す。

【0103】

データ処理装置１１は、送信信号と受信信号のクロスパワースペクトルを計算し、各周波数成分の位相差φを計算する。データ処理装置１１は、計算した位相差φを、事前に測定して求めた、送信人工衛星１０のアナログデジタル変換とデジタルアナログ変換の処理によって生じる位相差を用いて、式（１５）のように補正する。

【0104】

【数15】

【0105】

式（１５）において、φ_ｃａは、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ａに関する、補正した位相差であり、φ_ｃｂは、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ｂに関する、補正した位相差である。

【0106】

データ処理装置１１は、式（１５）のように補正した位相差を用いて、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ａ、２０ｂとの相対距離の概算値（式（１４））を、式（１６）のように補正して、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ａの相対距離ｌ_ａと、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０ｂの相対距離ｌ_ｂを求める。

【0107】

【数16】

【0108】

式（１６）において、quotientは、割り算の商を表す。

【0109】

図７は、本実施例による、人工衛星間の距離測定方法のフローチャートの例を示す図である。図７に示すフローチャートは、受信人工衛星２０との相対距離を測定する送信人工衛星１０が実施する。

【0110】

図７を用いて、人工衛星間の距離測定方法の手順の一例を説明する。なお、本実施例による、人工衛星間の距離測定方法は、図７のフローチャートに示す手順や方法に限らず、他の手順や方法で実施してもよい。

【0111】

処理ステップｓ１０３で、作業者または送信人工衛星１０のデータ処理装置１１は、測定したい人工衛星間の相対距離について想定距離を決定する。本実施例では、この想定距離は、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０との相対距離として想定されたおおよその距離である。この想定距離は、例えば、人工衛星の運用条件で決めてもよいし、各人工衛星の軌道投入条件から決めてもよい。

【0112】

処理ステップｓ１０４で、作業者またはデータ処理装置１１は、送信人工衛星１０が送信する電波３１の周波数を決定する。この周波数は、処理ステップｓ１０３で決定した想定距離に基づいて決定されるのが好ましい。例えば、電波３１の周波数は、電波３１が想定距離よりも長い波長を持つように決定されるのが望ましい。

【0113】

処理ステップｓ１０５で、作業者またはデータ処理装置１１は、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０の増幅器１２３ａ、１２３ｂ、１２５ａ、１２５ｂのゲインを決定する。このゲインは、処理ステップｓ１０３で決定した想定距離に基づいて決定されるのが好ましい。例えば、電波は伝搬に伴い強度が減少するので、ゲインは、処理ステップｓ１０３で決定した想定距離が長いほど大きいのが望ましい。

【0114】

処理ステップｓ１０６で、送信人工衛星１０は、データ処理装置１１で送信信号（電波３１の信号）を生成し、アンテナ１３ａで電波３１を送信する。

【0115】

処理ステップｓ１０７で、データ処理装置１１は、送信信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の処理を行う。この高速フーリエ変換の処理により、データ処理装置１１は、送信した電波３１の信号（送信信号）の周波数解析を行うことができる。

【0116】

処理ステップｓ１０８で、データ処理装置１１は、受信人工衛星２０からの電波３２（受信信号）を受信したか否か、すなわち受信信号があるかないかを判断する。受信信号がある場合は、処理ステップｓ１０９の処理を実行する。なお、送信人工衛星１０は、複数の受信人工衛星２０からの電波３２を受信することができる。

【0117】

処理ステップｓ１０９で、データ処理装置１１は、受信信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の処理を行う。この高速フーリエ変換の処理により、データ処理装置１１は、受信した電波３２の信号（受信信号）の周波数解析を行い、受信信号がどの人工衛星から送信された信号であるかを判断することができる。

【0118】

処理ステップｓ１１０で、データ処理装置１１は、受信信号と送信信号のクロスパワースペクトルを計算する。データ処理装置１１は、送信信号の高速フーリエ変換処理の結果と受信信号の高速フーリエ変換処理の結果の共役を取ったものを掛け合わせて、クロスパワースペクトルを計算する。

【0119】

処理ステップｓ１１１で、データ処理装置１１は、相対距離を測定する受信人工衛星２０を決定する。データ処理装置１１は、例えば、複数の受信人工衛星２０のうち、予め定めた受信人工衛星２０または外部から指令された受信人工衛星２０を、相対距離を測定する受信人工衛星２０と決定することができる。

【0120】

処理ステップｓ１１２で、データ処理装置１１は、処理ステップｓ１１０で計算したクロスパワースペクトルから、処理ステップｓ１１１で決定した受信人工衛星２０に割り当てられた周波数帯域の電波について、送信信号（電波３１）と受信信号（電波３２）の位相差を求める。これにより、送信人工衛星１０は、相対距離を測定する受信人工衛星２０から受信した電波３２について、送信した電波３１との位相差を取得することができる。

【0121】

処理ステップｓ１１３で、データ処理装置１１は、処理ステップｓ１１２で求めた位相差から、事前に測定して得られている補正値（送信人工衛星１０と受信人工衛星２０の回路内処理時間を位相に直した値）を引き、この位相差を補正する。データ処理装置１１は、この位相差の補正により、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０にて生じる処理時間差を補正することができる。なお、データ処理装置１１は、内部にフィードバック回路を備えることなどにより（例えば、実施例４）、この補正値を運用中にアップデートしてもよい。

【0122】

処理ステップｓ１１４で、データ処理装置１１は、補正した位相差と、送信信号（電波３１）の送信時刻と受信信号（電波３２）の受信時刻の差を用いて、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０との相対距離を計算する。

【0123】

本実施例による人工衛星システムと人工衛星間の距離測定方法は、以上説明した構成を備え、複数の人工衛星の間で、時刻同期を行わずに相対距離を測定することができる。さらに、本実施例による人工衛星システムと人工衛星間の距離測定方法は、１つの人工衛星と複数の人工衛星との間の相対距離を、同時に測定することもできる。

【実施例0124】

本発明の実施例２による人工衛星システムと人工衛星間の距離測定方法を説明する。以下では、本実施例について、実施例１と異なる点を主に説明する。

【0125】

本実施例では、送信人工衛星１０は、送信人工衛星１０と受信人工衛星２０との間の相対速度に起因するドップラー効果によって生じる、送信信号（電波３１）に対する受信信号（電波３２）の周波数シフト（ドップラーシフト）を利用して、人工衛星の速度と位置を調整する。本実施例では、人工衛星の速度を調整することにより、人工衛星間の相対距離を保つことができ、人工衛星間の相対位置を一定にすることができる。

【0126】

図８は、本実施例において、人工衛星の速度を制御するシーケンス制御のフローチャートの例を示す図である。図８に示すフローチャートは、送信人工衛星１０が実施する。図８の処理ステップｓ１０３から処理ステップｓ１０９は、実施例１と同様である。

【0127】

処理ステップｓ１１５で、送信人工衛星１０のデータ処理装置１１は、送信信号と受信信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の処理による周波数解析の結果を比較して、送信信号に対する受信信号の周波数シフトがあるか否かを求める。データ処理装置１１は、周波数シフトがある場合には、周波数シフト量を求めて、処理ステップｓ１１６の処理を実行する。

【0128】

処理ステップｓ１１６で、データ処理装置１１は、式（１７）を用いて、処理ステップｓ１１５で求めた周波数シフト量から、送信人工衛星１０に対する受信人工衛星２０の相対速度ｖを計算する。

【0129】

【数17】

【0130】

式（１７）において、ｆ_ｔ１とｆ_ｔ２は、送信人工衛星１０が送信した信号（送信信号）の周波数を表し、ｆ_ｒ１とｆ_ｒ２は、送信人工衛星１０が受信した信号（受信信号）の周波数を表す。

【0131】

処理ステップｓ１１７で、データ処理装置１１は、処理ステップｓ１１６で求めた相対速度ｖが小さくなるように、送信人工衛星１０の速度と姿勢を調整する。データ処理装置１１は、スラスタや電気推進装置などの推進機構１７（図２）を用いて、送信人工衛星１０の速度と姿勢を調整することができる。データ処理装置１１は、送信人工衛星１０の速度と姿勢を調整することで、送信人工衛星１０の位置を調整することができる。

【0132】

本実施例では、人工衛星の速度を調整して、人工衛星間の相対距離や相対位置を一定にすることができ、複数の人工衛星の分布の形状を保つことができる。