知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特許7051145光地上局分散配置評価システム、評価装置および光地上局分散配置方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-01
(45)【発行日】2022-04-11
(54)【発明の名称】光地上局分散配置評価システム、評価装置および光地上局分散配置方法
(51)【国際特許分類】
G01W 1/00 20060101AFI20220404BHJP
【ＦＩ】
G01W1/00 Z
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020189533
(22)【出願日】2020-11-13
【審査請求日】2021-08-10
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】503361400
【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
(74)【代理人】
【識別番号】110003339
【氏名又は名称】特許業務法人南青山国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100104215
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100196575
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 満
(74)【代理人】
【識別番号】100168181
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 哲平
(74)【代理人】
【識別番号】100160989
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 正好
(74)【代理人】
【識別番号】100117330
【弁理士】
【氏名又は名称】折居 章
(74)【代理人】
【識別番号】100168745
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 彩子
(74)【代理人】
【識別番号】100176131
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 慎太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100197398
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 絢子
(74)【代理人】
【識別番号】100197619
【弁理士】
【氏名又は名称】白鹿 智久
(72)【発明者】
【氏名】向井 達也
(72)【発明者】
【氏名】高山 佳久
【審査官】山口 剛
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－２７１６４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１１３６６９３０（ＣＮ，Ａ）
【文献】藤澤博司、八木浩、山本義春、高山佳久、向井達也，“宇宙－地上間光直接通信の運用実現のための気象衛星画像による雲解析とその応用について”，第６４回宇宙科学技術連合講演会講演集，日本，日本航空宇宙学会，2020年10月27日，2C14
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｗ １／００ － １／１８
ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性を抽出する低層雲量解析部と、前記低層雲量特性に基づき、前記複数の地上観測点の各地点間における低層雲量の相関関係を表す低層雲相関マップを作成する低層雲相関処理部と、を有する低層雲分析装置と、気象衛星において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性を抽出する高層雲量解析部と、前記高層雲量特性に基づき、前記複数の地上観測点の各地点間における高層雲量の相関関係を表す高層雲相関マップを作成する高層雲相関処理部と、を有する高層雲分析装置と、
前記低層雲相関マップと前記高層雲相関マップとに基づき、前記複数の地上観測点の各地点間における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択することで、光地上局の配置を評価する評価装置と
を具備する光地上局分散配置評価システム。
【請求項2】
請求項１に記載の光地上局分散配置評価システムであって、前記低層雲相関処理部および前記高層雲相関処理部は、前記低層雲量特性および前記高層雲量特性に基づき、前記複数の地上観測点における任意の２点間での雲量の相関係数を算出することで、前記低層雲相関マップおよび前記高層雲相関マップをそれぞれ作成し、
前記評価装置は、前記低層雲相関マップと前記高層雲相関マップとに基づき、前記相関係数が０以下になる複数の２点の組み合わせを抽出する
光地上局分散配置評価システム。
【請求項3】
請求項２に記載の光地上局分散配置評価システムであって、前記低層雲量特性および前記高層雲量特性は、前記複数の地上観測点の各地点における指定年数期間の総時間に対する指定雲量の時間率を含み、
前記評価装置は、抽出した複数の２点の組み合わせのうち、前記指定雲量の時間率が所定値以上の組を選択する
光地上局分散配置評価システム。
【請求項4】
請求項２に記載の光地上局分散配置評価システムであって、前記低層雲量特性および前記高層雲量特性は、前記複数の地上観測点の各地点における指定年数期間の総時間に対する指定雲量の時間率を含み、
前記評価装置は、抽出した複数の２点の組み合わせから、前記指定雲量の時間率が所定値以上であり前記２点を構成する候補地のいずれか１つを共通とする組である３点以上の地上観測点の組み合わせを複数組抽出する
光地上局分散配置評価システム。
【請求項5】
請求項３または４に記載の光地上局分散配置評価システムであって、前記評価装置は、前記複数の地上観測点の各地点における環境因子によって、前記各地点における前記低層雲量特性および前記高層雲量特性を重み付けする
光地上局分散配置評価システム。
【請求項6】
請求項５に記載の光地上局分散配置評価システムであって、前記環境因子は、風速、シーイング、黄砂、火山灰、湿度、塩分、硫酸ガス濃度、凍結、結露および降雪量のうちの少なくとも１つに関連するパラメータを含む
光地上局分散配置評価システム。
【請求項7】
請求項１～６のいずいれか１つに記載の光地上局分散配置評価システムであって、前記高層雲分析装置は、前記気象衛星において観測された気象データを前記地上観測点において観測された気象データの観測面積と等価になるように解析空間を再定義する観測領域処理部を有する
光地上局分散配置評価システム。
【請求項8】
複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から抽出される前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性に基づいて作成された前記複数の地上観測点の各地点間における低層雲量の相関関係を表す低層雲相関マップと、気象衛星において観測された過去の気象データ群から抽出される前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性に基づいて作成された前記複数の地上観測点の各地点間における高層雲量の相関関係を表す高層雲相関マップとに基づき、前記複数の地上観測点の各地点間における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択することで、光地上局の配置を評価する演算部を具備する評価装置。
【請求項9】
複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性に基づき、前記複数の地上観測点の各地点間における低層雲量の相関関係を表す低層雲相関マップを作成し、
気象衛星において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性に基づき、前記複数の地上観測点の各地点間における高層雲量の相関関係を表す高層雲相関マップを作成し、
前記低層雲相関マップと前記高層雲相関マップとに基づき、前記複数の地上観測点の各地点間における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択することで、光地上局の配置を評価する
光地上局分散配置評価方法。
【請求項10】
請求項９に記載の光地上局分散配置評価方法であって、前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択するステップでは、前記複数の地上観測点の各地点における風速、シーイング、黄砂、火山灰、湿度、塩分、硫酸ガス濃度、凍結、結露および降雪量のうちの少なくとも１つに関連するパラメータを含む環境因子によって、前記各地点における前記低層雲量特性および前記高層雲量特性を重み付けする
光地上局分散配置評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光地上局分散配置評価システム、評価装置および光地上局分散配置方法に関する。
【背景技術】
【0002】
天候に左右される地上設備は、一般に、天候条件の良い場所を設置候補地として選択する。電波通信の分野では、降雨量に応じた降雨稼働率の算出と各地域の雨量データおよび電波の減衰理論が存在する。宇宙－地上間の電波通信によるサービスを希望する場合は、これらの理論により回線成立や局の分散を降雨量の観点で決める。
【0003】
一方、光通信の分野では、その天候条件は電波通信と異なり、雲量、風速、シーイング、ダスト（黄砂、火山灰等）、湿度、塩害、などに重みを置いた場所を割り出す。光通信では、電波通信と同様に地上のインフラライン（電源、ＮＷ（ネットワーク）の存在）を考慮するとともに、天文観測のように唯一の１か所を見つけ出すのではなく、複数の地上局の組み合わせにより稼働率を上げる場所の組み合わせを探索する。
【0004】
宇宙－地上間の光通信において、雲は、自由空間光通信（ＦＳＯＣ：Free Space Optical Communication）信号を大幅に減衰させる。したがって、レーザーの伝送区間に雲が存在すると、レーザーはブロッキングされ通信は成立しない。このため、年間の雲占有率が非相関の場所に光地上局を複数分散する局分散技術（サイトダイバーシティ）が必要となる。つまり、設置可能な空間範囲を地理的な観点から検討し、単一の光地上局ではなく、グローバルな衛星追跡操作のため、複数の光地上局のグループによって高い稼働率を実現することが重要である。
【0005】
例えば、特許文献１には、衛星画像の雲を使用して最適な地上局を見つけるための再生エネルギーネットワーク最適化ツールが開示されている。
また、非特許文献１には、過去の地上観測雲量データに基づく平均雲量の観点から候補地を選択し、選択した候補地間の雲量相関値を求め、候補地の組み合わせを分析する手法が開示されている。
また、非特許文献１には、過去の地上観測雲量データに基づく平均雲量の観点から候補地を選択し、選択した候補地間の雲量相関値を求め、候補地の組み合わせを分析する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】米国特許明細書第９５３６０２１号
【非特許文献】
【0007】
【文献】Yuki Ueda, Tatsuya Mukai and Yoshihisa Takayama.: Studies on site diversity to mitigate cloud blockage in satellite- ground optical communications by long term ground meteorological observation data, Proc. 37h AIAA International Communications Satellite Systems Conference (ICSSC-2019), 29-31 Oct. 2019, Okinawa, Japan.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
光地上局の最適配置は、過去気象データの統計より判断する必要がある。気象データとしては、衛星画像データと地上観測データが存在する。しかし、衛星画像の雲判別は冬場の低層雲を観測しにくいという問題がある。一方、地上観測データは、目視での雲の判別高度に限界があり、高層ほど観測が困難になる。
【0009】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、衛星画像データおよび地上観測データを利用した光地上局分散配置評価システム、評価装置および光地上局分散配置方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る光地上局分散配置評価システムは、低層雲分析装置と、高層雲分析装置と、評価装置とを具備する。
前記低層雲分析装置は、複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性を抽出する。
前記高層雲分析装置は、気象衛星において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性を抽出する。
前記評価装置は、前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する。
前記低層雲分析装置は、複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性を抽出する。
前記高層雲分析装置は、気象衛星において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性を抽出する。
前記評価装置は、前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する。
【0011】
上記光地上局分散評価システムは、低層観測（地上）と高層観測（衛星）の過去データを組み合わせて雲量を分析し、低層雲および高層雲の過去データを双方向から相互評価することで、光地上局の分散配置の最適化を図ることができる。
【0012】
前記評価装置は、前記低層雲量特性と前記高層雲量特性とに基づき、前記複数の地上観測点における任意の２点間距離における雲量の相関係数を算出し、前記相関係数が０以下になる複数の２点の組み合わせを抽出するように構成されてもよい。
【0013】
前記低層雲量特性および前記高層雲量特性は、前記複数の地上観測点の各地点における指定年数期間の総時間に対する指定雲量の時間率を含んでもよい。
この場合、前記評価装置は、抽出した複数の２点の組み合わせのうち、前記指定雲量の時間率が所定値以上の組を選択するように構成される。
この場合、前記評価装置は、抽出した複数の２点の組み合わせのうち、前記指定雲量の時間率が所定値以上の組を選択するように構成される。
【0014】
あるいは、前記低層雲量特性および前記高層雲量特性は、前記複数の地上観測点の各地点における指定年数期間の総時間に対する指定雲量の時間率を含み、前記評価装置は、抽出した複数の２点の組み合わせから、前記指定雲量の時間率が所定値以上となる３点以上の光地上局の組み合わせを複数組抽出してもよい。
【0015】
前記評価装置は、前記複数の地上観測点の各地点における環境因子によって、前記各地点における前記低層雲量特性および前記高層雲量特性を重み付けするように構成されてもよい。
【0016】
前記環境因子は、風速、シーイング、黄砂、火山灰、湿度、塩分、硫酸ガス濃度、凍結、結露および降雪量のうちの少なくとも１つに関連するパラメータを含んでもよい。
【0017】
前記高層雲分析装置は、前記気象衛星において観測された気象データを前記地上観測点において観測された気象データの観測面積と等価になるように解析空間を再定義する観測領域処理部を有してもよい。
【0018】
本発明の一形態に係る評価装置は、演算部を具備する。
前記演算部は、複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から抽出される前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性と、気象衛星において観測された過去の気象データ群から抽出される前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性とに基づき、前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する。
前記演算部は、複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から抽出される前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性と、気象衛星において観測された過去の気象データ群から抽出される前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性とに基づき、前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する。
【0019】
本発明の一形態に係る光地上局分散配置方法は、
複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性を抽出し、
気象衛星において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性を抽出し、
前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する。
複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性を抽出し、
気象衛星において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性を抽出し、
前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する。
【0020】
前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択するステップでは、前記複数の地上観測点の各地点における風速、シーイング、黄砂、火山灰、湿度、塩分、硫酸ガス濃度、凍結、結露および降雪量のうちの少なくとも１つに関連するパラメータを含む環境因子によって、前記各地点における前記低層雲量特性および前記高層雲量特性を重み付けしてもよい。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、低層雲量特性と高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択するようにしているため、光地上局の分散配置の最適化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】光地上局と宇宙機との間で光通信（衛星通信）を行う空間光通信システムの説明図である。
【図2】光サイトダイバーシティを説明する概念図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る光地上局分散配置評価システムを示すブロック図である。
【図4】２点間距離の雲量の相関マップの一例を示す図である。
【図5】衛星観測領域の再定義手法を説明する図である。
【図6】上記光地上局分散配置評価システムにおける評価装置において実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図7】上記評価装置において作成されるリストの一例を示す図である。
【図8】設置条件およびその要求の一例を示す図である。
【図9】上記評価装置において作成される、複数の局の候補値の組み合わせのグループを示すリストである。
【図10】複数の候補地への光地上局の分散配置例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【0024】
［光地上局］
図１は、光地上局Ｇと宇宙機Ｓとの間で光通信（衛星通信）を行う空間光通信システム１００の説明図である。
図１は、光地上局Ｇと宇宙機Ｓとの間で光通信（衛星通信）を行う空間光通信システム１００の説明図である。
【0025】
光地上局Ｇは、宇宙機Ｓとの間で光空間伝送を行う空間光通信装置である。光地上局Ｇは、望遠鏡１０を備える。望遠鏡１０は、宇宙機Ｓから送信されるダウンリンク（第２レーザー光Ｌ２）を受信する受信部を構成する。また、望遠鏡１０は、宇宙機Ｓから送信されるダウンリンク（第２レーザー光Ｌ２）の光地上局Ｇに対する指向を高めるためのアップリンク（第１レーザー光Ｌ１）を送信する送信部として構成されてもよい。
【0026】
第１レーザー光Ｌ１は、宇宙機Ｓのダウンリンクを光地上局Ｇへ向けて出射させるための誘導光として機能する。第１レーザー光Ｌ１及び第２レーザー光Ｌ２は、連続レーザーであってもよいし、パルスレーザーであってもよい。第１レーザー光Ｌ１及び第２レーザー光Ｌ２は、典型的には赤外光であり、その波長は、例えば、１５５０ｎｍ帯あるいは１０６４ｎｍ帯である。
【0027】
望遠鏡１０は、地上に設置された基台１１に搭載される。基台１１は、望遠局１０の姿勢を調整する調整機構１１ａを有し、望遠局１０は、宇宙機Ｓを追尾可能に基台１１に支持される。基台１１は、予報値に従って宇宙機Ｓを追尾するように望遠鏡１０の光軸の方位及び／又は仰角を制御する。予報値とは、宇宙機Ｓの軌道から計算される宇宙機Ｓの空間座標であり、基台１１の設置場所から宇宙機Ｓまでの空間伝送路の第１レーザー光Ｌ１または第２レーザー光Ｌ２の波長における屈折率を考慮したものであってもよい。
【0028】
望遠鏡１０の口径は特に限定されず、例えば、３０ｃｍ～１０ｍである。望遠鏡１０の開口は単数に限られず、複数であってもよい。望遠鏡１０は、集光した第２レーザー光Ｌ２を電気信号に変換し、受信情報の解析等の所定の信号処理を施す信号処理部（図示せず）を有する。また、光地上局Ｇは、後述する送信部２０から第１レーザー光Ｌ１を送信するための送信信号を変調及び増幅する信号生成部（図示せず）を有する。
【0029】
なお、光地上局Ｇは、地上に固定的に設置される例に限られず、車両や船舶、航空機等の移動体に搭載されてもよい。また、地上局Ｇは、ゲートウェイや地上に設置された地上通信ネットワーク、車両、船舶、航空機等をはじめとした通信体と接続されてもよい。この場合、上記ゲートウェイや地上通信ネットワーク、通信体等は、地上局Ｇを介して、宇宙機Ｓとの間で光信号の送受信を行う。
【0030】
なお、宇宙機Ｓは、典型的には、人工衛星、宇宙ステーションなどの宇宙空間を移動可能な通信機能を有する構造体を意味する。人工衛星は、静止軌道（ＧＥＯ：Geostationary Earth Orbit）を周回する静止衛星のほか、地球の自転周期とは無関係に地球低軌道（ＬＥＯ：Low Earth Orbit）や中軌道（ＭＥＯ：Middle Earth Orbit）、さらには深宇宙等を飛翔する人工衛星などを含む。すなわち、宇宙機Ｓの地表からの高度は特に限定されない。人工衛星は、典型的には気象衛星や探索衛星、通信衛星などであるが、いかなる目的に基づいて打ち上げられたものであってもよい。
【0031】
光地上局Ｇはさらに、送信部２０、シーイングモニタ３１、受光強度モニタ３２、ビームモニタ３３、制御部４０などを備える。
送信部２０は、宇宙機Ｓへ向けて送信される第１レーザー光Ｌ１を出射する。シーイングモニタ３１は、宇宙機Ｓから送信される第２レーザー光Ｌ２に基づいて、第２レーザー光Ｌ２の伝播経路上における大気の状態を検出する。受光強度モニタ３２は、第２レーザー光Ｌ２の受光強度を検出する。ビームモニタ３３は、第１レーザー光Ｌ１の出射方向を検出する。制御部４０は、予報値に従って宇宙機Ｓを追尾可能に望遠鏡１０の光軸の方位、仰角を制御するとともに、シーイングモニタ３１、受光強度モニタ３２及びビームモニタ３３の出力に基づいて送信部２０を制御する。
送信部２０は、宇宙機Ｓへ向けて送信される第１レーザー光Ｌ１を出射する。シーイングモニタ３１は、宇宙機Ｓから送信される第２レーザー光Ｌ２に基づいて、第２レーザー光Ｌ２の伝播経路上における大気の状態を検出する。受光強度モニタ３２は、第２レーザー光Ｌ２の受光強度を検出する。ビームモニタ３３は、第１レーザー光Ｌ１の出射方向を検出する。制御部４０は、予報値に従って宇宙機Ｓを追尾可能に望遠鏡１０の光軸の方位、仰角を制御するとともに、シーイングモニタ３１、受光強度モニタ３２及びビームモニタ３３の出力に基づいて送信部２０を制御する。
【0032】
送信部２０は、望遠鏡１０の外周部に取り付けられることで、望遠鏡１０と一体的に基台１１に対して相対移動可能に構成される。送信部２０における第１レーザー光Ｌ１の出射光軸は、望遠鏡１０の光軸と平行に設置される。
【0033】
（光地上局の分散配置）
宇宙－地上間の光通信において、雲は、自由空間光通信（ＦＳＯＣ）信号を大幅に減衰させる。したがって、レーザーの伝送区間に雲が存在すると、レーザーはブロッキングされ通信は成立しない。このため、年間の雲占有率が非相関の場所に光地上局を複数分散する局分散技術（サイトダイバーシティ）が必要となる。つまり、設置可能な空間範囲を地理的な観点から検討し、単一の光地上局ではなく、グローバルな衛星追跡操作のため、複数の光地上局のグループによって高い稼働率を実現することが重要である。
宇宙－地上間の光通信において、雲は、自由空間光通信（ＦＳＯＣ）信号を大幅に減衰させる。したがって、レーザーの伝送区間に雲が存在すると、レーザーはブロッキングされ通信は成立しない。このため、年間の雲占有率が非相関の場所に光地上局を複数分散する局分散技術（サイトダイバーシティ）が必要となる。つまり、設置可能な空間範囲を地理的な観点から検討し、単一の光地上局ではなく、グローバルな衛星追跡操作のため、複数の光地上局のグループによって高い稼働率を実現することが重要である。
【0034】
図２は、日本国内における光サイトダイバーシティの概念図である。図１に示したような光地上局Ｇは、日本国内の複数の地点に設置され、図示の例では、本州、北海道および九州の各所定地点に第１光地上局Ｇ１、第２光地上局Ｇ２および第３光地上局Ｇ３がそれぞれ設置される。各光地上局Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は、宇宙機Ｓから受信したデータを蓄積するデータストレージＤ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ有し、各データストレージＤ１～Ｄ３に蓄積された受信データは管理センターＤＣへ送信可能に構成される。
【0035】
管理センターＤＣは、国内の任意の地域あるいは任意の光地上局Ｇ１～Ｇ３に設置され、各光地上局Ｄ１～Ｄ３の運用を計画、実行する。管理センターＤＣは、各光地上局Ｇ１～Ｇ３が設置される観測点上空の雲量に応じて、宇宙機Ｓと通信する光地上局を決定する。例えば、第１光地上局Ｇ１が雲Ｃ１によって宇宙機Ｓとの通信（Ｐａｓｓ－１）がブロッキングされているときは、第２光地上局Ｇ２または第３光地上局Ｇ３によって宇宙機Ｓとの通信（Ｐａｓｓ－２、またはＰａｓｓ－３）を行う。このように、各観測点における上空の雲量の変化に応じて、宇宙機Ｓと通信を行う光地上局を切り替えることにより、宇宙機Ｓとの通信を継続させることが可能となる。
【0036】
このように複数の光地上局でネットワークを構築し雲による通信遮断を極力回避しながら宇宙機Ｓとの安定した通信を行うためには、各光地上局の分散配置を最適化する必要がある。典型的には、各光地上局の設置候補地には、天候条件の良い場所が選択される。その判断材料として、一般的に、過去の気象データの統計が用いられる。気象データとしては、衛星画像データと、地上観測データが存在する。
【0037】
しかし、衛星画像の雲判別では、冬場の低層雲を観測しにくいという問題がある。一方、地上観測データでは、目視での雲の判別高度に限界があり、高層ほど観測が困難である。また、衛星画像データと地上観測データとは、観測高度だけでなく、観測面積も違うため、空間分解能が異なる。このため、空間の総合分析評価が必要になる（課題１：空間総合分析評価）。
また、複数年に及ぶ対象地域をカバーする雲量の総合分析評価が必要であるが、データ量はきわめて多く、両データの空間分解能を可能な限り合わせた上での自動処理が必要になる。ここで、複数年としては、例えば１０年以上が望ましい（課題２：多変量情報解析）。
さらに長期間運用を想定すると、雲以外にも考慮するべき設置条件が従来の電波通信の地上局より多く細分化される。設置条件としては、後述するように、雲量、風速、シーイング、黄砂、火山灰、湿度、塩分濃度、硫酸ガス濃度、凍結／結露、降雪量などの環境因子が挙げられる。光通信は、衛星追尾のため複数の広域分散の局群によるネットワーク配置により年間稼働率を達成する方法が重要になる。この光通信に必要な条件を明らかにし、その重み付けにより局配置を割り出す装置は完成していない（課題３：条件と重み付け処理）。
また、複数年に及ぶ対象地域をカバーする雲量の総合分析評価が必要であるが、データ量はきわめて多く、両データの空間分解能を可能な限り合わせた上での自動処理が必要になる。ここで、複数年としては、例えば１０年以上が望ましい（課題２：多変量情報解析）。
さらに長期間運用を想定すると、雲以外にも考慮するべき設置条件が従来の電波通信の地上局より多く細分化される。設置条件としては、後述するように、雲量、風速、シーイング、黄砂、火山灰、湿度、塩分濃度、硫酸ガス濃度、凍結／結露、降雪量などの環境因子が挙げられる。光通信は、衛星追尾のため複数の広域分散の局群によるネットワーク配置により年間稼働率を達成する方法が重要になる。この光通信に必要な条件を明らかにし、その重み付けにより局配置を割り出す装置は完成していない（課題３：条件と重み付け処理）。
【0038】
（発明の概要）
これらの課題を解決するため、本実施形態の光地上局分散配置評価システムは、雲量分析時において低層観測（地上）と高層観測（衛星）の過去データを組み合わせる。地上観測では上層雲がすべて観測できず、衛星では冬季など地表近くの雲は判別できないため、これらのデータを総合的に評価する。
具体的には、候補地点の雲量を低層観測および高層観測の両方から約１０年分分析し、各地点間距離における雲量の相関係数を求める。このとき、低層観測（例：高度１８ｋｍ時、７２５８５８．７ｋｍ２、毎３時間）と高層観測（例：１６ｋｍ２、毎時）では時間分解能と空間分解能に差があるが、傾向を把握するため時間分解能は重きを置かず、空間分解能の観点で低層観測および高層観測の双方から同一地点での雲量の傾向を把握するため、衛星の４ｋｍメッシュを地上観測面積に等価になるように解析空間を再定義し分析にかける。
そして、割り出された場所に対して、風速、シーイング、ダスト（黄砂、火山灰等）、湿度、塩害などの他の設置条件（環境因子）の項目を重み付けをもたせて管理し、互いに雲量の相関が低い場所で、かつ設置条件（環境因子）の重み付けの優先で探索される場所を複数個抽出する。さらに、その組み合わせを地図上に座標プロットするとともに、条件を満たすときの総晴天時間等を算出し、全体としての期待できる稼働率を評価する。
これらの課題を解決するため、本実施形態の光地上局分散配置評価システムは、雲量分析時において低層観測（地上）と高層観測（衛星）の過去データを組み合わせる。地上観測では上層雲がすべて観測できず、衛星では冬季など地表近くの雲は判別できないため、これらのデータを総合的に評価する。
具体的には、候補地点の雲量を低層観測および高層観測の両方から約１０年分分析し、各地点間距離における雲量の相関係数を求める。このとき、低層観測（例：高度１８ｋｍ時、７２５８５８．７ｋｍ２、毎３時間）と高層観測（例：１６ｋｍ２、毎時）では時間分解能と空間分解能に差があるが、傾向を把握するため時間分解能は重きを置かず、空間分解能の観点で低層観測および高層観測の双方から同一地点での雲量の傾向を把握するため、衛星の４ｋｍメッシュを地上観測面積に等価になるように解析空間を再定義し分析にかける。
そして、割り出された場所に対して、風速、シーイング、ダスト（黄砂、火山灰等）、湿度、塩害などの他の設置条件（環境因子）の項目を重み付けをもたせて管理し、互いに雲量の相関が低い場所で、かつ設置条件（環境因子）の重み付けの優先で探索される場所を複数個抽出する。さらに、その組み合わせを地図上に座標プロットするとともに、条件を満たすときの総晴天時間等を算出し、全体としての期待できる稼働率を評価する。
【0039】
以下、本実施形態の光地上局分散配置システムの詳細について説明する。
【0040】
［光地上局分散配置評価システム］
図３は、本発明の一実施形態に係る光地上局分散配置評価システム２００を示すブロック図である。光地上局分散配置評価システム２００は、単一または複数のコンピュータで構成される。
本実施形態の光地上局分散配置評価システム２００は、低層雲分析装置２１０と、高層雲分析装置２２０と、評価装置２３０とを備える。
なお、光地上局分散配置評価システム２００は、単一の装置で構成されてもよいし、複数台の装置で構成されてもよい。
図３は、本発明の一実施形態に係る光地上局分散配置評価システム２００を示すブロック図である。光地上局分散配置評価システム２００は、単一または複数のコンピュータで構成される。
本実施形態の光地上局分散配置評価システム２００は、低層雲分析装置２１０と、高層雲分析装置２２０と、評価装置２３０とを備える。
なお、光地上局分散配置評価システム２００は、単一の装置で構成されてもよいし、複数台の装置で構成されてもよい。
【0041】
（低層雲分析装置）
低層雲分析装置２１０は、複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から上記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性を抽出する。
低層雲分析装置２１０は、複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から上記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性を抽出する。
【0042】
例えば、日本は、地理的領域は４つの大きな島（つまり、北海道、本州、四国、九州）と日本の海域によって定義される領海に囲まれた他の多くの島で構成される。これらのエリアは、光地上局Ｇを設置して国内のサイトダイバーシティを形成する基本的な地理的範囲を提供する。なお、これらのエリアにはライフライン（輸送、送電線、ネットワークなど）の未開拓な土地や防衛に使用される指定の土地が含まれるため、地政学的な観点から利用不可能な土地は排除される。
【0043】
本実施形態において、低層雲分析装置２１０は、低層雲量取込処理部２１１と、低層雲量解析部２１２と、低層雲相関マップ作成部２１３とを有する。
【0044】
低層雲量取込処理部２１１は、地上観測データベース２５１から国内の各地上観測点の気象データ群を取得する。地上観測データベース２５１は、国内各地に設置された複数の地上気象観測所において観測された気象データを格納する。これらの気象データは、例えば、３時間ごとに観測され、観測範囲は、例えば高度１８ｋｍでは７２５８５８．７ｋｍ２である。低層雲量取込処理部２１１は、地上観測データベース２５１から各地上観測点の過去数年分（例えば１０年分）の気象データを取り込む。
【0045】
低層雲量解析部２１２は、低層雲量取込処理部２１１で取り込まれた各地上観測点における気象データを解析し、各地上観測点における低層雲量特性を抽出する。低層雲量特性は、典型的には、光地上局Ｇを設置可能な国内地域の複数の候補地において観測された地上観測データから年間の平均雲量、指定年数期間における晴天時間率あるいは指定雲量の時間率（晴天時間率および指定雲量の時間率については後述する）を含む。平均雲量ｘaveは、例えば、以下の式（１）で算出される。
【0046】
【数1】
【0047】
低層雲相関マップ作成部２１３は、低層雲量解析部２１２で抽出された各地上観測点における（低層雲の）平均雲量と特定のエリアの各場所での距離との相関関係を表す相関マップを作成する。
【0048】
図４に相関マップの一例を示す。図４に示すように、相関マップは、複数の地上観測点における任意の２点（候補位置）間距離におけるそれぞれの雲量の相関係数ｒを示す。相関係数ｒは、例えば、以下の式（２）で算出される。
【0049】
【数2】
【0050】
相関係数ｒは、－１以上、１以下の範囲の値であり、ｒが１に近いほど相関が高く（正の相関が高い）、ｒが－１に近いほど相関が低い（逆相関がある、負の相関が高い）ことを表す。なお、ｒ＝０のときは、無相関を意味する。図４の例では、地点Ｂ～Ｊは、地点Ａから順に距離的に遠い地点を示している。典型的には、２点間距離における雲量の相関係数ｒは、２点の距離が近いほど大きな値（正の値）を示し、２点の距離が遠いほど小さい値（負の値）を示す。
【0051】
（高層雲分析装置）
高層雲分析装置２２０は、気象衛星において観測された過去の気象データ群から上記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性を抽出する。本実施形態において高層雲分析装置２２０は、高層雲抽出処理部２２１と、観測領域処理部２２２と、高層雲量解析部２２３と、高層雲相関マップ作成部２２４とを有する。
高層雲分析装置２２０は、気象衛星において観測された過去の気象データ群から上記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性を抽出する。本実施形態において高層雲分析装置２２０は、高層雲抽出処理部２２１と、観測領域処理部２２２と、高層雲量解析部２２３と、高層雲相関マップ作成部２２４とを有する。
【0052】
高層雲抽出処理部２２１は、衛星観測データベース２５２から国内の地上観測点における気象データ（衛星データ）群を取得する。衛星観測データベース２５２は、例えば、静止気象衛星（ＧＭＳ：Geostationary Meteorological Satellite）により観測された雲画像データを格納する。これらの雲画像データは、例えば、１時間ごとに観測され、空間分解能から定まるデータ範囲は１６ｋｍ２である。そして、高層雲抽出処理部２２１は、衛星観測データベース２５２から各地上観測点の過去数年分（例えば１０年分）の高層雲画像データを抽出する。
【0053】
ここでは、高層雲抽出処理部２２１は、低層雲量取込処理部２１１で取り込まれる各地上観測点の雲データと同じ座標（各地上観測点と合致する座標）の衛星データを使用する。これは、地上観測点の雲データと衛星データとの間に雲の観測高度差があるためである。
【0054】
観測領域処理部２２２は、空間分解能の観点で地上観測データおよび衛星画像データから各々同一地点での雲量の傾向を把握するために、高層雲抽出処理部２２１で抽出された４ｋｍメッシュの画像データを地上観測面積と等価になるように画像データの解析空間を再定義する。
【0055】
例えば図５に示すように、地球の半径をＲ［ｋｍ］、雲の観測高度をｈ［ｋｍ］、地表上の観測点を中心とする円（観測範囲）の半径、面積（但し、底面は除く）および緯度をそれぞれｒ０［ｋｍ］、Ｓ［ｋｍ２］およびθ０［ｄｅｇ］とする。
観測領域処理部２２２は、地上での観測高度ｈに対応する観測面積Ｓを衛星側の座標上の雲解析範囲とする。これにより地上観測データと衛星データとの間での空間分解能が等価になる。なお、時間軸は、各データの観測サイクルに応じて指定対象期間で平均化する。これにより両データ間での時間分解能が等価になる。
観測領域処理部２２２は、地上での観測高度ｈに対応する観測面積Ｓを衛星側の座標上の雲解析範囲とする。これにより地上観測データと衛星データとの間での空間分解能が等価になる。なお、時間軸は、各データの観測サイクルに応じて指定対象期間で平均化する。これにより両データ間での時間分解能が等価になる。
【0056】
図５に示すように、Ｒ、ｒ０、ｈ、Ｓおよびθ０は、以下の式（３）～（５）の関係を満たす。
ここで、Ｒ＝６４００ｋｍとすると、ｈ＝１８ｋｍの場合、θ０＝１．４９５９ｒａｄ、ｒ０＝４８０．３ｋｍ、Ｓ＝７２５８５８．７ｋｍ２となる。
【数3】
【数4】
【数5】
【0057】
高層雲量解析部２２３は、観測領域処理部２２２で処理された各地上観測点に対応する座標上での気象データを解析し、当該座標上における高層雲量特性を抽出する。高層雲量特性は、典型的には、当該座標上における高層雲の年間の平均雲量をいう。平均雲量は、上述の式（２）により算出される。
【0058】
高層雲相関マップ作成部２２４は、高層雲量解析部２２３で抽出された各座標上における（高層雲の）平均雲量と特定のエリアの各場所での距離との相関関係を表す相関マップを作成する（図４参照）。
【0059】
（評価装置）
評価装置２３０は、低層雲分析装置２１０において算出された上記複数の地上観測点における低層雲量特性と、高層雲分析装置２２０において算出された高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する演算部２３１を有する。
これにより、地上観測で問題となる高層雲の観測困難性という弱点を衛星観測データで補完できる一方、衛星観測で問題となる冬場での低層雲の観測困難性という弱点を地上観測データで補完できるため、地上の同一地点における低層雲と高層雲の雲量を総合的に評価することができる。
評価装置２３０は、低層雲分析装置２１０において算出された上記複数の地上観測点における低層雲量特性と、高層雲分析装置２２０において算出された高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する演算部２３１を有する。
これにより、地上観測で問題となる高層雲の観測困難性という弱点を衛星観測データで補完できる一方、衛星観測で問題となる冬場での低層雲の観測困難性という弱点を地上観測データで補完できるため、地上の同一地点における低層雲と高層雲の雲量を総合的に評価することができる。
【0060】
図６は、評価装置２３０（演算部２３１）において実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。以下、評価装置２３０の詳細について、光地上局分散配置評価システム２００の動作例とともに説明する。
【0061】
（１）地理空間定義
評価装置２３０はまず、光地上局Ｇを設置する候補地である対象地理的空間（国土）と位置（座標）を指定する（ステップ１０１）。
ここでは、対象地理的空間として、日本国内の都市名あるいは地域名が指定され、位置を示す座標として、当該候補地の緯度および経度が指定される。指定された各候補地の座標は評価装置２３０から低層雲分析装置２１０および高層雲分析装置２２０へ指示され、低層雲分析装置２１０および高層雲分析装置２２０は、指定された各候補地が属する地域の地上観測点の低層雲量特性および高層雲量特性をそれぞれ抽出する。
評価装置２３０はまず、光地上局Ｇを設置する候補地である対象地理的空間（国土）と位置（座標）を指定する（ステップ１０１）。
ここでは、対象地理的空間として、日本国内の都市名あるいは地域名が指定され、位置を示す座標として、当該候補地の緯度および経度が指定される。指定された各候補地の座標は評価装置２３０から低層雲分析装置２１０および高層雲分析装置２２０へ指示され、低層雲分析装置２１０および高層雲分析装置２２０は、指定された各候補地が属する地域の地上観測点の低層雲量特性および高層雲量特性をそれぞれ抽出する。
【0062】
（２）雲量・時間率解析
続いて、評価装置２３０は、指定座標（候補地）の指定年数期間の晴天時間率、又は、指定雲量とその時間率を算出する（ステップ１０２）。
続いて、評価装置２３０は、指定座標（候補地）の指定年数期間の晴天時間率、又は、指定雲量とその時間率を算出する（ステップ１０２）。
【0063】
指定年数期間は、ここでは１０年であるが、勿論これに限られず、１０年より短い期間でもよいし、１０年より長い期間であってもよい。指定年数期間が長期間になるほど信頼性の高い雲量解析が可能となる。なお、近年における気候変動に鑑みて、直近数年間の気象データに重みを付けた解析がされてもよい。
【0064】
晴天時間率とは、総時間に対する完全に晴れている各地点の時間率をいう。
一方、指定雲量とは、雲量に応じてあらかじめ設定された多段階の雲量から指定される雲量をいう。雲量の段階数は特に限定されず、例えば、０（晴）～１０（完全曇）までの１１段階評価とすることができる。指定雲量の時間率とは、指定雲量の総時間に対する各地点の時間率をいう。例えば、指定雲量が「３」の場合、雲量３以下のデータ（雲量０～３に該当するデータ）を用いて時間率が算出される。
一方、指定雲量とは、雲量に応じてあらかじめ設定された多段階の雲量から指定される雲量をいう。雲量の段階数は特に限定されず、例えば、０（晴）～１０（完全曇）までの１１段階評価とすることができる。指定雲量の時間率とは、指定雲量の総時間に対する各地点の時間率をいう。例えば、指定雲量が「３」の場合、雲量３以下のデータ（雲量０～３に該当するデータ）を用いて時間率が算出される。
【0065】
指定年数期間の晴天時間率または指定雲量とその時間率の算出は、評価装置２３０から低層雲分析装置２１０および高層雲分析装置２２０へ指示される。低層雲分析装置２１０および高層雲分析装置２２０は、評価装置２３０からの指示内容に基づき、指定年数期間の晴天時間率または指定雲量の時間率を算出し、その算出結果を基に、低層雲および高層雲に関する相関マップ（図４参照）を作成する。
【0066】
（３）相関係数解析
続いて、評価装置２３０は、低層雲分析装置２１０で作成された低層雲相関マップと高層雲分析装置２２０で作成された高層雲相関マップとに基づき、低層雲および高層雲を含む複数地点の任意の複数の２点間距離における雲量の相関係数（ｒ）を、上記２点間の複数組について算出する（ステップ１０３）。
続いて、評価装置２３０は、低層雲分析装置２１０で作成された低層雲相関マップと高層雲分析装置２２０で作成された高層雲相関マップとに基づき、低層雲および高層雲を含む複数地点の任意の複数の２点間距離における雲量の相関係数（ｒ）を、上記２点間の複数組について算出する（ステップ１０３）。
【0067】
複数の２点間距離とは、例えば、地点Ａと地点Ｂの２点間（Ａ／Ｂ）、地点Ａと地点Ｃの２点間（Ａ／Ｃ）などをいう（図４参照）。共通の２点間距離における雲量の相関係数について、低層雲側の相関係数と高層雲側の相関係数とに相違がある場合、相関が低い方の値が採用される。低層又は高層の雲量の相関が高い値（正の値）が出た場合は、その場所を排除し、常にいずれも相関が低い値（負の値）になる候補地の組み合わせが抽出される。
【0068】
すなわち、評価装置２３０は、特定の２点間（例えば、Ａ／Ｂ）について、低層雲相関マップに基づく相関係数と、高層雲相関マップに基づく相関係数とを相互に比較し、これらのうち相関が低い方の値（相関係数が小さい方の値）を採用し、いずれの相関係数も同じ値であればその値を採用する。
同様の操作を他のすべての２点間（Ａ／Ｃ、Ａ／Ｄ、・・・、Ｂ／Ｃ、Ｂ／Ｄ、・・・等）について行い、これらを基に、各２点間距離の雲量の相関マップを新たに作成する。
同様の操作を他のすべての２点間（Ａ／Ｃ、Ａ／Ｄ、・・・、Ｂ／Ｃ、Ｂ／Ｄ、・・・等）について行い、これらを基に、各２点間距離の雲量の相関マップを新たに作成する。
【0069】
（４）雲量・時間率および相関係数の組算出
続いて、評価装置２３０は、低層雲量特性と高層雲量特性とに基づき、複数の地上観測点における任意の２点間距離における雲量の相関係数（ｒ）が所定の閾値以下になる複数の２点の組み合わせを抽出する（ステップ１０４）。
上記閾値は、相関が低い値（ｒが小さい値）であることが好ましく、例えば０近傍、より好ましくは、０～－１の０未満の値（負の値）であることが好ましい。
本実施形態において上記閾値は０であり、相関係数（ｒ）が０以下（０または負の値）となる複数の２点の組み合わせを抽出する。
続いて、評価装置２３０は、低層雲量特性と高層雲量特性とに基づき、複数の地上観測点における任意の２点間距離における雲量の相関係数（ｒ）が所定の閾値以下になる複数の２点の組み合わせを抽出する（ステップ１０４）。
上記閾値は、相関が低い値（ｒが小さい値）であることが好ましく、例えば０近傍、より好ましくは、０～－１の０未満の値（負の値）であることが好ましい。
本実施形態において上記閾値は０であり、相関係数（ｒ）が０以下（０または負の値）となる複数の２点の組み合わせを抽出する。
【0070】
これにより、各地点の雲量条件（雲量、時間率）と各地点間距離における雲量の相関係数が小さくなる組をリスト化でき、雲量の地域特性を把握することができる。当該リストの一例を図７に示す。図７のリストには、相関係数（ｒ）が０以下の値の２点間の組み合わせが列記される。リスト化された２点間の組み合わせには、当該２点に光地上局Ｇを設置したときの稼働率（Availability）Ｘ１，Ｘ２，・・が百分率で併記される。稼働率は、典型的には、相関係数が小さい値ほど大きな値を示す。
なお、図７に示すリストは、評価装置２３０から出力装置２４０へ出力される。出力装置２４０は特に限定されず、例えば、表示装置、印刷装置、コンピュータなどの外部装置が挙げられる。
なお、図７に示すリストは、評価装置２３０から出力装置２４０へ出力される。出力装置２４０は特に限定されず、例えば、表示装置、印刷装置、コンピュータなどの外部装置が挙げられる。
【0071】
ここで、稼働率とは、光地上局の運用に要する指定期間日数に対しての雲量条件を満たす日数の割合であって、
（雲量条件を満たす日数／指定期間日数）×１００（％）
で表される。
また、３地点（例えば、地点Ａ，Ｂ，Ｃ）で運用する場合の稼働率は、
（地点Ａ、Ｂ、Ｃで雲量条件を満たす日数／指定期間日数）×１００（％）
で表される。
（雲量条件を満たす日数／指定期間日数）×１００（％）
で表される。
また、３地点（例えば、地点Ａ，Ｂ，Ｃ）で運用する場合の稼働率は、
（地点Ａ、Ｂ、Ｃで雲量条件を満たす日数／指定期間日数）×１００（％）
で表される。
【0072】
（５）目標稼働率の到達判断
続いて、評価装置２３０は、相関係数（ｒ）が０以下の各２点間の組み合わせのうち、晴天時間率または指定雲量の時間率が所定値以上の組を探索する（ステップ１０５）。
上記晴天時間率または指定雲量の時間率は、光地上局の稼働率と等価である。したがって、上記所定値は、例えば、９０％以上の値が採用される。これにより、希望とする稼働率を実現できる光地上局Ｇの設置候補地の組み合わせを抽出することができる。
続いて、評価装置２３０は、相関係数（ｒ）が０以下の各２点間の組み合わせのうち、晴天時間率または指定雲量の時間率が所定値以上の組を探索する（ステップ１０５）。
上記晴天時間率または指定雲量の時間率は、光地上局の稼働率と等価である。したがって、上記所定値は、例えば、９０％以上の値が採用される。これにより、希望とする稼働率を実現できる光地上局Ｇの設置候補地の組み合わせを抽出することができる。
【0073】
上述のように、サイトダイバーシティ（光地上局の分散配置）を組む目的は、複数の光地上局のグループによって高い稼働率（例えば、９９％以上）を実現することである。そのためには、できるだけ晴天の日数が多い場所を光地上局の候補地として選択することが理想である。一方、候補地が多いほど稼働率は高くなるが、経済性が低下する。そこで、局数を減らして経済性を高めるには多少の雲量特性が認められても候補地間距離における雲量の相関係数（ｒ）が小さく、その値が０に近い値又はそれ以下の場所を探索してネットワークを構成する必要がある。したがって経済性を主要観点としてネットワークを構築する場合には、候補地間における雲量の相関係数（ｒ）の値は、０未満（０～－１）の範囲の候補地を探索するのが好ましい。
なお、０未満の相関係数（ｒ）を満たす候補地の組み合わせが抽出できない場合は、経済性の低下が許される範囲で、例えば相関係数（ｒ）の値が０近辺となる候補地の組み合わせも選択肢に挙げられてもよい。「０近辺」とは、例えば、－０．２～＋０．２、あるいは、－０．１～＋０．１の範囲の値をいう。
なお、０未満の相関係数（ｒ）を満たす候補地の組み合わせが抽出できない場合は、経済性の低下が許される範囲で、例えば相関係数（ｒ）の値が０近辺となる候補地の組み合わせも選択肢に挙げられてもよい。「０近辺」とは、例えば、－０．２～＋０．２、あるいは、－０．１～＋０．１の範囲の値をいう。
【0074】
（６）設置条件（環境因子）の重み係数による最終組導出（フィルタリング）
ステップ１０５において判定が「Ｙｅｓ」の組がある場合、評価装置２３０は、晴天時間率または指定雲量の時間率が所定値以上の２点間の組について、当該２点の候補地について予め設定された設置条件（環境因子）ごとに重み付けを加重し、設置条件を満たす組を最終組として導出する（ステップ１０６）。
ステップ１０５において判定が「Ｙｅｓ」の組がある場合、評価装置２３０は、晴天時間率または指定雲量の時間率が所定値以上の２点間の組について、当該２点の候補地について予め設定された設置条件（環境因子）ごとに重み付けを加重し、設置条件を満たす組を最終組として導出する（ステップ１０６）。
【0075】
設置条件（環境因子）は、各候補地の地理的条件等に応じて定められる。設置条件および光地上局にとっての各設置条件に対する要求項目の一例を図８に示す。設置条件として、雲量（Cloud amount）、風速（Wind speed）、シーイング（Seeing）、黄砂（Yellow sand）、火山灰（Volcanic ash）、湿度（Humidity）、塩分（Salinity）、硫酸ガス（Sulfuric acid gas）、凍結（Freezing）、結露（Condensation）、降雪量（Snow amount）などの環境因子が挙げられる。評価装置２３０は、これら環境因子のうち、少なくとも１つに関連するパラメータを設置条件として用いる。
【0076】
雲量は、宇宙－地上間における光通信を遮断する要因となるため、少ない方が望ましい。風速は、シーイングに密接な関連を有するため、小さい方が望ましい。黄砂および火山灰は可視性に影響を及ぼすため、いずれも少ない方が望ましい。湿度、塩分、硫酸ガス、凍結および結露は、光地上局の設備の耐久性に影響を及ぼすため、いずれも低いまたは少ない方が望ましい。降雪量は、光地上局へのアクセス性に影響を及ぼすため、少ない方が好ましい。
【0077】
これらの設置条件（環境因子）は、各候補地の地域性に関連した固有のパラメータであり、候補地ごとにあらかじめデータベース２５０に格納される。評価装置２３０は、ステップ１０５において抽出された２点の候補地の組について、上記設置条件を個別に加重してフィルタリングし、これらの設置条件の要求を満足する候補地の組み合わせを最終組として導出する。設置条件として加重される重み係数は特に限定されず、要求を満足しない候補地をフィルタリングで排除可能な任意の係数が設定可能である。
【0078】
（７）探索処理
一方、ステップ１０５において判定が「Ｎｏ」の場合（判定が「Ｙｅｓ」の組がない場合）、評価装置２３０は、上記各２点間距離における雲量の相関係数（ｒ）が０以下になる組であって、接点が同じものの時間率を算出し、複数の局で目標稼働率に到達する組を探索する（ステップ１０７）。本実施形態では、相関係数（ｒ）が０以下になる複数の２点の組み合わせから、目標稼働率に到達する３点以上の光地上局の組み合わせ（指定雲量の時間率が所定値以上となる３点以上の光地上局の組み合わせ）を複数組抽出する。
一方、ステップ１０５において判定が「Ｎｏ」の場合（判定が「Ｙｅｓ」の組がない場合）、評価装置２３０は、上記各２点間距離における雲量の相関係数（ｒ）が０以下になる組であって、接点が同じものの時間率を算出し、複数の局で目標稼働率に到達する組を探索する（ステップ１０７）。本実施形態では、相関係数（ｒ）が０以下になる複数の２点の組み合わせから、目標稼働率に到達する３点以上の光地上局の組み合わせ（指定雲量の時間率が所定値以上となる３点以上の光地上局の組み合わせ）を複数組抽出する。
【0079】
この処理は、候補地が２点のみでは晴天時間率または指定雲量の時間率が所定値以上の組が存在しない場合、候補地をさらに追加して光地上局Ｇを３局以上配置することで、目標とする稼働率の実現を図る趣旨である。ここでは、候補地の数を１つずつ増やしながら目標稼働率に達する３点以上の候補地の組み合わせを探索する。「接点が同じもの」とは、２点を構成する候補地のいずれか１つを共通とする組をいい、その一例を図９に示す。
【0080】
図９は、相関係数（ｒ）が０以下の３局以上の候補値の組み合わせのグループを示すリストである。ここでは、３点間の候補地（Ａ／Ｆ／Ｉ、Ｂ／Ｇ／Ａ、・・）を１グループとして計１０グループ示されている。これは、３つの候補地Ａ，Ｆ，ＩをそれぞれノードＡ、ノードＦ、ノードＩとしたとき、図１０に示すように３つの候補地を結ぶ線または三角形のトポロジを形成する。例えば、各ノードは、太平洋側の大きな沿岸地域と島を示し、年間を通して曇りが少なく、日当たりの良い傾向があり、日中のデータからわかっている小さな平均雲量に対応していると評価される。
【0081】
評価装置２３０は、図９に示す各グループのうち、晴天時間率または指定雲量の時間率が所定値以上の組を再度探索する。その結果、該当するグループが存在する場合は、再度上述のフィルタリング処理を実行し、設置条件の要求を満足するグループを光地上局Ｇの設置候補地としての最終組を導出する（ステップ１０８）。
【0082】
以上のように本実施形態によれば、複数の地上観測点における低層雲量特性と高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する評価装置２３０を備えているため、低層観測（地上）と高層観測（衛星）の過去データを組み合わせて雲量を分析し、低層雲および高層雲の過去データを双方向から相互評価し、設置条件（環境因子）によりフィルタリングすることで、光地上局の分散配置の最適化を図ることができる。
【0083】
また、本実施形態によれば、候補地に選択条件として、候補地における指定年数期間での晴天時間率だけでなく、複数段階に細分化された指定雲量の時間率をも採用しているため、地域の気象特性に合わせ、目標稼働率に見合った候補地が探索しやすくなる。特に、晴天および曇天のいずれにも当てはまらない雲量特性を有する地域における光地上局の分散配置評価にも十分に適用可能である。
【0084】
しかも従来、光学システムを扱うオペレータにとっては、光地上局をどこに配置すれば効率的かつ経済的な運用が実現できるかを膨大なデータから探索する作業が必要であったのに対し、本実施形態によれば、低層雲および高層雲に関する膨大な気象データから２点間の雲量の相関が低い２点間の候補地を自動的に選択、評価することができるため、光地上局の運用ネットワークの計画更新等の検討作業の効率の大幅な改善を図ることが可能となる。
【0085】
さらに本実施形態によれば、各候補地の地理的特性に由来する設置条件（環境因子）を考慮に入れた候補地の絞り込みが可能であるため、雲量特性だけでなく、運用効率、耐久性、アクセス性をも含めて総合的に光地上局の候補地を評価できる。
【0086】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【0087】
例えば以上の実施形態では、光地上局を新規に設置する上での分散配置評価について説明したが、これに限られず、既存の光地上局を変更し、又は既存の光地上局に追加して新たに設置される光地上局の候補地の選定にも、本発明は適用可能である。
【0088】
また以上の実施形態では、空間光通信システムにおける光地上局の最適配置評価手法について説明したが、光地上局は宇宙機との光通信用に限られない。例えば、地球大気を伝送路に挟んで宇宙機と地上局間においてレーザーにより距離計測するシステム（衛星測距ネットワーク、宇宙デブリ観測ネットワーク）、地球大気を伝送路に挟んで宇宙機と受電設備間においてレーザーによりエネルギーを伝送する太陽光発電衛星システム（光エネルギー伝送）等における光地上局にも、本発明は適用可能である。また、光地上局は、宇宙機との光通信、距離計測に限られず、太陽光発電の受電設備を備えた地上局であってもよい。
【符号の説明】
【0089】
２００…光地上局分散配置システム
２１０…低層雲分析装置
２１１…低層雲量取込処理部
２１２…低層雲量解析部
２１３…低層雲相関マップ作成部
２２０…高層雲分析装置
２２１…高層雲抽出処理部
２２２…観測領域処理部
２２３…高層雲量解析部
２２４…高層雲相関マップ作成部
２３０…評価装置
２３１…演算部
Ｇ…光地上局
Ｓ…宇宙機
２１０…低層雲分析装置
２１１…低層雲量取込処理部
２１２…低層雲量解析部
２１３…低層雲相関マップ作成部
２２０…高層雲分析装置
２２１…高層雲抽出処理部
２２２…観測領域処理部
２２３…高層雲量解析部
２２４…高層雲相関マップ作成部
２３０…評価装置
２３１…演算部
Ｇ…光地上局
Ｓ…宇宙機
【要約】
【課題】衛星画像データおよび地上観測データを利用した光地上局分散配置評価システム、評価装置および光地上局分散配置方法を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る光地上局分散配置評価システムは、低層雲分析装置と、高層雲分析装置と、評価装置とを具備する。前記低層雲分析装置は、複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性を抽出する。前記高層雲分析装置は、気象衛星において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性を抽出する。前記評価装置は、前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する。
【選択図】図３
【解決手段】本発明の一形態に係る光地上局分散配置評価システムは、低層雲分析装置と、高層雲分析装置と、評価装置とを具備する。前記低層雲分析装置は、複数の地上観測点において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点における雲の量に関連する低層雲量特性を抽出する。前記高層雲分析装置は、気象衛星において観測された過去の気象データ群から前記複数の地上観測点の各地点に対応する座標における雲の量に関連する高層雲量特性を抽出する。前記評価装置は、前記複数の地上観測点における前記低層雲量特性と前記高層雲量特性との相関が低い地点の組み合わせを選択する。
【選択図】図３
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】