特許 7074383 通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム、通信制御システム、中継衛星、及び衛星システム

(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】2022-05-16

(45)【発行日】2022-05-24

(54)【発明の名称】通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム、通信制御システム、中継衛星、及び衛星システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/185 20060101AFI20220517BHJP

   H04B 10/118 20130101ALI20220517BHJP

【ＦＩ】

H04B7/185

H04B10/118

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021190596

(22)【出願日】2021-11-24

(62)【分割の表示】P 2021121038の分割

【原出願日】2021-07-21

【審査請求日】2022-02-14

(31)【優先権主張番号】P 2020189818

(32)【優先日】2020-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】518236960

【氏名又は名称】株式会社ワープスペース

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】常間地 悟

(72)【発明者】

【氏名】永田 晃大

(72)【発明者】

【氏名】東 宏充

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－２７６９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３２０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５１０３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０４１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０８４８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０９５２６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２２９４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０２０７６８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５７２２０４２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０８９１３８９４（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／１８５

Ｈ０４Ｂ １０／１１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する中継衛星であって、
前記複数の衛星と並列して光通信をすることができる複数の光通信部と、
前記他の機器との間の通信をする機器通信部と、
前記複数の衛星と前記複数の光通信部との間の単位時間当たりのデータ通信量の総和である第１のデータレート及び前記機器通信部と前記他の機器との間の単位時間当たりのデータ通信量の制限値である第２のデータレートを設定する設定部と、
前記複数の光通信部が前記複数の衛星から前記第１のデータレートで受信したデータを前記他の機器に前記第２のデータレート以下で中継するように前記複数の光通信部及び前記機器通信部を制御する制御部と、を備え、
前記機器通信部は、前記複数の光通信部と前記複数の衛星の光通信のスケジューリングに基づく制御情報を予め受信し、
前記スケジューリングは前記複数の衛星の位置情報に基づいて決定され、
前記制御部は、前記制御情報に基づいて、最大でＮ_ｏｐ台の前記光通信部を用いて前記複数の衛星との間で並列して光通信をするように前記光通信部を制御し、
前記複数の衛星と並列して光通信をすることができる前記光通信部の最大数Ｎ_ｏｐは、前記第２のデータレートの制限値Ｒ_Ｇを前記衛星と前記光通信部との間のデータレートの制限値Ｒ_Ｕで除した除算結果を超えない最大の整数であり、
前記制限値Ｒ_Ｇは前記制限値Ｒ_Ｕ以上である、
中継衛星。

【請求項2】

前記他の機器と前記機器通信部との間の通信は無線通信又は光通信であり、
前記他の機器は、地上局、地球局、及び他の中継衛星の少なくとも１つである、
請求項１に記載の中継衛星。

【請求項3】

前記複数の衛星は低高度軌道を周回し、
前記中継衛星は中高度軌道を周回し、
前記他の機器と前記機器通信部との間の通信は無線通信又は光通信であり、
前記中高度軌道は前記低高度軌道よりも地表からの高度が高く、かつ対地同期軌道よりも地表からの高度が低く、
前記他の機器は、地上局、地球局、及び他の中継衛星の少なくとも１つである、
請求項１に記載の中継衛星。

【請求項4】

前記設定部は、前記複数の光通信部及び前記機器通信部を制御するための制御情報を前記他の機器より受信して、前記第１のデータレート及び前記第２のデータレートを設定する、
請求項１～請求項３の何れか１項に記載の中継衛星。

【請求項5】

前記制御情報は、前記衛星の運用者から入手した前記衛星の位置情報に基づいて、前記中継衛星の運用者が決定した前記中継衛星と前記衛星との光通信のタイミングを制御する情報である、
請求項４に記載の中継衛星。

【請求項6】

前記中継衛星と前記衛星との光通信のタイミングの基準となる時刻情報は、前記中継衛星と前記衛星が測位衛星から取得した時刻情報に基づいて決定される、
請求項５に記載の中継衛星。

【請求項7】

複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する中継衛星により実行される通信制御方法であって、
複数の光通信部と前記複数の衛星との間の光通信のスケジューリングに基づく制御情報を予め受信し、
前記複数の衛星と前記複数の光通信部との間の単位時間当たりのデータ通信量の総和である第１のデータレートを設定し、
前記他の機器と機器通信部との間の単位時間当たりのデータ通信量の制限値である第２のデータレートを設定し、
前記制御情報に基づいて、最大でＮ_ｏｐ台の前記光通信部を用いて前記複数の衛星と並列して光通信を行い、
前記複数の衛星から前記第１のデータレートで受信したデータを前記他の機器に前記第２のデータレート以下で中継するように前記複数の光通信部及び前記機器通信部を制御し、
前記スケジューリングは前記複数の衛星の位置情報に基づいて決定され、
前記最大数Ｎ_ｏｐは、前記第２のデータレートの制限値Ｒ_Ｇを前記衛星と前記光通信部との間のデータレートの制限値Ｒ_Ｕで除した除算結果を超えない最大の整数であり、
前記制限値Ｒ_Ｇは前記制限値Ｒ_Ｕ以上である、
通信制御方法。

【請求項8】

前記他の機器と前記機器通信部との間の通信は無線通信又は光通信であり、
前記他の機器は、地上局、地球局、及び他の中継衛星の少なくとも１つである、
請求項７に記載の通信制御方法。

【請求項9】

前記複数の衛星は低高度軌道を周回し、
前記中継衛星は中高度軌道を周回し、
前記他の機器と前記機器通信部との間の通信は無線通信又は光通信であり、
前記中高度軌道は前記低高度軌道よりも地表からの高度が高く、かつ対地同期軌道よりも地表からの高度が低く、
前記他の機器は、地上局、地球局、及び他の中継衛星の少なくとも１つである、
請求項７に記載の通信制御方法。

【請求項10】

前記他の機器より前記中継衛星に送信された前記複数の光通信部及び前記機器通信部を制御するための制御情報に基づいて、前記第１のデータレート及び前記第２のデータレートを設定する、
請求項７～請求項９の何れか１項に記載の通信制御方法。

【請求項11】

前記制御情報は、前記衛星の運用者から入手した前記衛星の位置情報に基づいて、前記中継衛星の運用者が決定した前記中継衛星と前記衛星との光通信のタイミングを制御するスケジューリング情報である、
請求項１０に記載の通信制御方法。

【請求項12】

前記中継衛星と前記衛星との光通信のタイミングの基準となる時刻情報は、前記中継衛星と前記衛星が測位衛星から取得した時刻情報に基づいて決定される、
請求項１１に記載の通信制御方法。

【請求項13】

複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する中継衛星により実行される制御プログラムであって、
複数の光通信部と前記複数の衛星との間の光通信のスケジューリングに基づく制御情報を予め受信し、
前記複数の衛星と前記複数の光通信部との間の単位時間当たりのデータ通信量の総和である第１のデータレートを設定し、
前記他の機器と機器通信部との間の単位時間当たりのデータ通信量の制限値である第２のデータレートを設定し、
前記制御情報に基づいて、最大でＮ_ｏｐ台の前記光通信部を用いて前記複数の衛星と並列して光通信を行い、
前記複数の衛星から前記第１のデータレートで受信したデータを前記他の機器に前記第２のデータレート以下で中継するように前記複数の光通信部及び前記機器通信部を制御し、
前記スケジューリングは前記複数の衛星の位置情報に基づいて決定され、
前記最大数Ｎ_ｏｐは、前記第２のデータレートの制限値Ｒ_Ｇを前記衛星と前記光通信部との間のデータレートの制限値Ｒ_Ｕで除した除算結果を超えない最大の整数であり、
前記制限値Ｒ_Ｇは前記制限値Ｒ_Ｕ以上である、
制御プログラム。

【請求項14】

前記複数の衛星は低高度軌道を周回し、
前記中継衛星は中高度軌道を周回し、
前記他の機器と前記機器通信部との間の通信は無線通信又は光通信であり、
前記中高度軌道は前記低高度軌道よりも地表からの高度が高く、かつ対地同期軌道よりも地表からの高度が低く、
前記他の機器は、地上局、地球局、及び他の中継衛星の少なくとも１つである、
請求項１３に記載の制御プログラム。

【請求項15】

前記他の機器より前記中継衛星に送信された前記複数の光通信部及び前記機器通信部を制御するための制御情報に基づいて、前記第１のデータレート及び前記第２のデータレートを設定する、
請求項１３又は請求項１４に記載の制御プログラム。

【請求項16】

前記制御情報は、前記衛星の運用者から入手した前記衛星の位置情報に基づいて、前記中継衛星の運用者が決定した前記中継衛星と前記衛星との光通信のタイミングを制御するスケジューリング情報である、
請求項１５に記載の制御プログラム。

【請求項17】

前記中継衛星と前記衛星との光通信のタイミングの基準となる時刻情報は、前記中継衛星と前記衛星が測位衛星から取得した時刻情報に基づいて決定される、
請求項１５に記載の制御プログラム。

【請求項18】

複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する中継衛星を備える衛星通信中継システムであって、
前記中継衛星と
前記中継衛星と前記複数の衛星との間の光通信及び前記中継衛星と前記他の機器との間
の通信を制御する制御情報を決定する地上装置と備え、
前記地上装置は前記他の機器を介して前記中継衛星に前記制御情報を送信し、
前記中継衛星は、
前記複数の衛星と並列して光通信をすることができる複数の光通信部と、
前記他の機器との間の通信をする機器通信部と、
前記複数の衛星と前記複数の光通信部との間の単位時間当たりのデータ通信量の総和である第１のデータレート、及び前記機器通信部と前記他の機器との間の単位時間当たりのデータ通信量の制限値である第２のデータレートを設定する設定部と、
前記複数の光通信部及び前記機器通信部を制御する制御部と、
を備え、
前記機器通信部は、前記複数の光通信部と前記複数の衛星の光通信のスケジューリングに基づく制御情報を予め受信し、
前記スケジューリングは前記複数の衛星の位置情報に基づいて決定され、
前記制御情報は、最大でＮ_ｏｐ台の前記光通信部を用いて前記複数の衛星と前記中継衛星との間で並列して光通信をするように前記光通信部を制御するための情報を含み、
前記制御部は、前記制御情報に基づいて、前記複数の光通信部が前記複数の衛星から前記第１のデータレートで受信したデータを前記他の機器に前記第２のデータレート以下で中継するように前記複数の光通信部及び前記機器通信部を制御し、
前記複数の衛星と並列して光通信をすることができる前記光通信部の最大数Ｎ_ｏｐは、前記第２のデータレートの制限値Ｒ_Ｇを前記衛星と前記光通信部との間のデータレートの制限値Ｒ_Ｕで除した除算結果を超えない最大の整数であり、
前記制限値Ｒ_Ｇは前記制限値Ｒ_Ｕ以上である、
衛星通信中継システム。

【請求項19】

前記複数の衛星は低高度軌道を周回し、
前記中継衛星は中高度軌道を周回し、
前記他の機器と前記機器通信部との間の通信は無線通信又は光通信であり、
前記中高度軌道は前記低高度軌道よりも地表からの高度が高く、かつ対地同期軌道よりも地表からの高度が低く、
前記他の機器は、地上局、地球局、及び他の中継衛星の少なくとも１つである、
請求項１８に記載の衛星通信中継システム。

【請求項20】

前記制御情報に基づいて制御される前記中継衛星と前記衛星との間の光通信のタイミングの基準となる時刻情報は、前記中継衛星と前記衛星が測位衛星から取得した時刻情報に基づいて決定される、
請求項１８に記載の衛星通信中継システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム、通信制御システム、中継衛星、及び衛星システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ｎ個の数の光通信端末（ＯＴ１－ＯＴｎ）を有した遠隔端末と、ｎ個の光ダウンリンクチャンネル（ＤＬ１－ＤＬｎ）もしくはｎ個の光アップリンクチャンネル（ＵＣ１－ＵＣｎ）それぞれによって接続されたｎ個のクラスタの光地上基地局（ＯＧＳ１－ＯＧＳｎ）を備えた地上端末との間の光ダウンリンクシステムが知られている（例えば、特許文献１）。この光ダウンリンクシステムは、ｎ個の光ダウンリンクチャンネル相互に特定の距離だけ離れて位置する光地上基地局（ＯＧＳ１－ＯＧＳｎ）によって相互に空間的に分離され、光アップリンクチャンネル（ＵＣ１－ＵＣｎ）が時間的分離によって時間的分離が保証されることにより、光アップリンクチャンネル（ＵＣ１－ＵＣｎ）間のオーバーラップを回避できるように、上記ｎ個の光地上基地局（ＯＧＳ１－ＯＧＳｎ）を同期させるように構成されている（例えば、特許文献１の［請求項１，８］）。

【0003】

また、いくつかの衛星のコンステレーションを含む空間伝搬光通信システムが知られている（例えば、特許文献２）。この空間伝搬光通信システムは、複数の地上サイトとの光通信のための複数のアップリンク／ダウンリンク光学望遠鏡を備える衛星コンステレーションを備え、衛星の各々が所定の地上サイトを通過するときに、所定の衛星のアップ／ダウンリンク望遠鏡の１つ以上は、所定の地上サイトのそれぞれの地上光学望遠鏡の少なくとも２つを追跡し、且つ所定の衛星に対する最も明瞭な見通し線により、地上光学望遠鏡に対してデータを送信するように構成されている（例えば、特許文献２の［請求項１］）。

【0004】

また、一時的な通信需要の急増等に柔軟に対応できる移動体衛星通信システムが知られている（例えば、特許文献３）。この移動体衛星通信システムにおいては、低軌道通信衛星とその通信エリアとの間における地上数キロ～数十キロの上空を飛翔し、低軌道通信衛星と地上もしくは水上の携帯通信端末との間の通信を中継する飛翔中継局が設けられている。飛翔中継局は、電波による携帯通信端末との通信機能と、レーザ光による低軌道通信衛星との通信機能を備えている。この移動体衛星通信システムは、同一通信エリア内の複数の携帯通信端末からの通信容量の増大に対して、１つの飛翔中継局で対応できない場合には、同一通信エリア内の上空へ複数の飛翔中継局を配置することで、低軌道通信衛星と携帯通信端末との間の通信を複数の飛翔中継局により分担して中継する。

【0005】

なお、特許文献３には、低軌道通信衛星は複数の飛翔中継局との光通信を同時並行的に行えるよう、対応可能な飛翔中継局の数に応じて、予め複数の中継局通信用光アンテナを備えるようにしても良い点が開示されている（例えば、特許文献３の段落［００３４］）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開2013-132045号公報

【文献】特表2015-524629号公報

【文献】特開2007-13513号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、複数の人工衛星（以下、単に「衛星」と称する。）が宇宙空間に存在している状況を想定した場合、それら複数の衛星の各々が地上局と独立して通信することは現実的ではない。このため、図１７に示されるように、衛星Ｓ_Ｕと地球Ｅ上の地上局Ｇとの間の通信を中継する中継衛星Ｓ_Ｒが設けられ、複数の衛星Ｓ_Ｕ１，Ｓ_Ｕ２，Ｓ_Ｕ３の各々は、中継衛星Ｓ_Ｒを介して地上局Ｇと通信することが想定される。図１７に示されるように、中継衛星Ｓ_Ｒは、複数の衛星Ｓ_Ｕ１，Ｓ_Ｕ２，Ｓ_Ｕ３の各々から送信されたデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３を受け付け、そのデータＤ_Ｒを地上局Ｇへ送信する。

【0008】

この場合、中継衛星Ｓ_Ｒと地上局Ｇとの間の通信回線における単位時間当たりのデータの通信量（以下、単に「データレート」と称する。）は物理的に制限される。このため、中継衛星Ｓ_Ｒと地上局Ｇとの間の通信回線のデータレートは所定値以下である必要がある。そのため、例えば、中継衛星Ｓ_Ｒが複数の衛星Ｓ_Ｕ１，Ｓ_Ｕ２，Ｓ_Ｕ３の各々からデータを受け付けたとしても、それらのデータを地上局Ｇへ一度に送信することはできない場合がある。

【0009】

一方、中継衛星Ｓ_Ｒと地上局Ｇとの間の通信回線のデータレートが高く、多くのデータを中継衛星Ｓ_Ｒから地上局Ｇへ同時に送信可能な場合もある。このような場合、中継衛星Ｓ_Ｒは、２つ以上の衛星から受け付けたデータを一度に地上局Ｇへ送信することが可能なときもある。この場合に、地上局Ｇと通信する対象の衛星を１つの衛星Ｓ_Ｕ１に限定してしまっては、その期間、他の衛星Ｓ_Ｕ２，Ｓ_Ｕ３は地上局Ｇと通信することができない。この結果、中継衛星Ｓ_Ｒと地上局Ｇとの間の通信回線は余裕があるにもかかわらず、その通信回線の稼働率は低い状態となってしまう。

【0010】

なお、上記の問題は、中継衛星Ｓ_Ｒからのデータの送信先が地上局Ｇである場合に限られるものではない。例えば、中継衛星Ｓ_Ｒが、成層圏又は対流圏に存在する飛翔体等の他の機器へデータを送信する場合にも同様の問題が生じ得る。

【0011】

上記特許文献１～３の技術では、中継衛星と地上局等の他の機器との間のデータレートの制限値に関しては考慮されていない。例えば、特許文献３には、低軌道通信衛星は複数の飛翔中継局との光通信を同時並行的に行う点が開示されているものの、中継衛星と他の機器との間のデータレートの制限値に関しては考慮されていない。

【0012】

このため、従来技術は、中継衛星が複数の衛星と地上局等の他の機器との間の通信を中継する際に、中継衛星と他の機器との間のデータレートの制限値を満たしつつ、より多くの衛星のデータを他の機器へ送信することができない、という課題がある。

【0013】

本開示は、上記の事情を鑑みてなされたもので、中継衛星が複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する際に、中継衛星と他の機器との間のデータレートの制限値を満たしつつ、より多くの衛星のデータを他の機器へ送信することができる、通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム、通信制御システム、中継衛星、及び衛星システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本開示の第１態様の通信制御装置は、複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する通信制御装置であって、前記複数の衛星と並列して光通信をすることができる複数の光通信部と、前記他の機器との間の通信をする機器通信部と、前記複数の衛星と前記複数の光通信部との間の単位時間当たりのデータ通信量の制限値の総和である第１のデータレート及び前記通信制御装置と前記他の機器との間の単位時間当たりのデータ通信量の制限値であ
る第２のデータレートを設定する設定部と、前記複数の光通信部が前記複数の衛星から前記第１のデータレートで受信したデータを前記他の機器に第２のデータレートで並列して中継伝送するように前記複数の光通信部及び前記機器通信部を制御する制御部と、を備える通信制御装置である。

【0015】

本開示の第２態様の通信制御装置は、中継衛星が複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する際に、複数の衛星と中継衛星との間の単位時間当たりの通信量を表すデータレートの総和が、中継衛星と他の機器との間のデータレートの制限値以下となるように、中継衛星と複数の衛星との間の通信を制御する制御部を備える、通信制御装置である。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、中継衛星が複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する際に、中継衛星と他の機器との間のデータレートの制限値を満たしつつ、より多くの衛星のデータを他の機器へ送信することができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態の衛星システムの概略構成の一例を示す図である。

【図2】第１及び第２実施形態の通信制御システムの概略構成の一例を示す図である。

【図3】通信時間を説明するための図である。

【図4】通信時間を説明するための図である。

【図5】信号切替回路を説明するための図である。

【図6】信号切替回路を説明するための図である。

【図7】信号切替回路を説明するための図である。

【図8】信号切替回路を説明するための図である。

【図8A】中継用通信機が光通信機である場合の通信制御システムの構成例を示す図である。

【図8B】複数の光通信機１４のうちの光通信機１４Ｃが中継用通信機である場合の通信制御システムの構成例を示す図である。

【図9】通信制御装置として機能するコンピュータの概略ブロック図である。

【図10】通信制御装置によって実行される処理を説明するための図である。

【図11】衛星の捕捉を説明するための図である。

【図12】衛星の捕捉を説明するための図である。

【図13】衛星の捕捉を説明するための図である。

【図14】衛星の捕捉を説明するための図である。

【図15】通信制御装置によって実行される処理を説明するための図である。

【図16】通信の変形例を説明するための図である。

【図17】従来技術を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。

【0019】

＜第１実施形態の衛星システム＞

【0020】

図１は、本実施形態の衛星システム１を示す図である。図１に示されるように、本実施形態の衛星システム１は、中継衛星２と、中継衛星２とは異なる他の衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃ（以下、単に「ユーザ衛星」と称する。）と、地球上の無線局である地上局４と、を備える。中継衛星２及びユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、人工衛星である。地上局４は、他の機器の一例である。地上に設置される地上局４は、無線通信又は光通信を行う地球局の一例であり、また地上局４が複数設置されている場合はそれらの総称であっても良い。

【0021】

なお、ユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各々は、宇宙空間における第１の軌道を周回する。また、中継衛星２は、宇宙空間における第２の軌道を周回する。第１の軌道及び第２の軌道の地表からの高度は、対地同期軌道の地表からの高度（高度約３６,０００km）よりも低い。なお、静止軌道（GEO: Geostationary Orbit）は対地同期軌道の一例である。さらに、第２の軌道の地表からの高度は、第１の軌道の地表からの高度よりも高い。第１の軌道は、例えば地球低軌道（LEO: Low Earth Orbit）である。地球低軌道の遠地点の地表からの高度は、例えば地表から２０km～２,０００kmの高度である。第２の軌道は、例えば中高度軌道（MEO: Medium Earth Orbit）である。中高度軌道の遠地点の地表からの高度は、例えば、地表から１,０００km～約３６,００００kmの高度である。

【0022】

複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各々は、中継衛星２と無線通信を行い、中継衛星２を介して地上局４とデータ通信を行う。中継衛星２は、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃとデータ通信を行うと同時に、並列して地上局４とデータ通信を行うことにより複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと地上局４との間のデータ通信をリアルタイムで中継する。地上局４とサーバ６とは、例えばインターネット等のネットワーク５によって接続されており、サーバ６は地上局４を介してユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃによって取得されたデータを受信する。これにより、サーバ６は地上に居ながらにしてユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃにより取得されたデータを得ることができると共に、図１の衛星システムを運用するために必要な機能を備える。なお、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃのうちの何れか１つのユーザ衛星を称呼する場合には、単に「ユーザ衛星３」と称呼する。

【0023】

図２は、実施形態の通信制御システム１２の詳細な構成例を示す図である。図２に示されるように、通信制御システム１２は、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと、通信制御装置１６と、信号切替回路１８と、データ多重化回路１９Ａと、多重化データ分離回路１９Ｂと、高周波無線機２０とを備えている。通信制御システム１２は、中継衛星２に搭載される。なお、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃのうちの何れか１つの光通信機を称呼する場合には、単に「光通信機１４」と称呼する。なお、ユーザ衛星３の数は、図２に例示した３つに限定されず、３つを超えても良い。さらにユーザ衛星３の数は、光通信機１４の台数と同じ台数である必要もなく、光通信機１４の台数を超えても良い。ユーザ衛星３は複数の衛星を連携させて一つの機能やサービスを達成する衛星コンステレーションの一部でも良い。

【0024】

（光通信機）

【0025】

複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの各々は、図２の光通信機１４Ａに示されるように、光望遠鏡１４０Ａと、光受信機１４２Ａと、光送信機１４４Ａとを備えている。図２に示す光通信機１４Ｂ，１４Ｃの構成は、光通信機１４Ａと同様である。このため、以下では、光通信機１４Ａの構成についてのみ説明する。なお、光通信機は本開示の光通信部の一例である。

【0026】

光望遠鏡１４０Ａは、ユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃとの間においてレーザ光の送受信を行う。なお、光通信機１４Ａが光通信するユーザ衛星は、ユーザ衛星３Ａに限られるものではない。光通信機１４Ａは、ユーザ衛星３Ｂ及びユーザ衛星３Ｃとも光通信をし得る。光望遠鏡１４０Ａは、レーザ光の出入口となる窓（図示省略）を有する。また、光望遠鏡１４０Ａは、ビームステアリングミラー（図示省略）を有している。ビームステアリングミラーによって光路が調整される。

【0027】

光望遠鏡１４０Ａは、ビームステアリングミラーを介して、後述する光受信機１４２Ａに対して他の衛星から受信したレーザ光を出力する。また、光望遠鏡１４０Ａは、ビームステアリングミラーを介して、後述する光送信機１４４Ａから出力されたレーザ光を他の衛星へ出力する。

【0028】

光受信機１４２Ａは、光望遠鏡１４０Ａから出力されたレーザ光を光復調することにより、光望遠鏡１４０Ａが受信したレーザ光に対応するデジタル電気信号を得る。そして、光受信機１４２Ａは、デジタル電気信号を後述する高周波無線機２０へ出力する。

【0029】

光送信機１４４Ａは、後述する高周波無線機２０から出力されたデジタル電気信号に対して光変調をすることにより、デジタル電気信号に対応するレーザ光を得る。そして、光送信機１４４Ａは、レーザ光を光望遠鏡１４０Ａに出力する。

【0030】

（通信制御装置）

【0031】

通信制御装置１６は、図２に示されるように、設定部１６０と、制御部１６２とを備えている。

【0032】

中継衛星２が地上局４へデータを伝送する際のデータレートは物理的に制限される。具体的には、中継衛星２が地上局４へデータを伝送する際のデータレートは所定の制限値以下であることが要求される。そのため、中継衛星２が複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各々から並列してデータを受け付けたとしても、それらのデータを地上局４へ一度に伝送することはできない場合がある。

【0033】

一方、中継衛星２と地上局４との間の通信回線のデータレートの制限値に余裕がある場合には、２つ以上のユーザ衛星３から送信されたデータを一度に地上局４へ伝送することが可能なときもある。この場合に、中継衛星２から地上局４へデータを中継して送信する対象となるユーザ衛星３との光通信機１４を１つに限定してしまっては、中継衛星２と地上局４との間の通信回線の稼働率が低い状態となり適切ではない。

【0034】

また、地上局４へデータを中継して伝送する光通信機１４を、例えばユーザ衛星３Ａと通信をする１台に限定した場合には、ユーザ衛星３Ａと中継衛星２との間の通信が終了するまでの期間、他のユーザ衛星３Ｂ，３Ｃは地上局４にデータを送信することができなくなってしまう。

【0035】

そこで、本実施形態の通信制御装置１６は、中継衛星２が複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと地上局４との間の通信を中継する際に、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとの間のデータレートの総和が、高周波無線機２０と地上局４との間のデータレートの制限値以下となるように、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃとの間の通信を制御する。具体的には、本実施形態の通信制御装置１６は、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃから送信されたデータを複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが受信する際の、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとの間のデータレートの総和が、高周波無線機２０と地上局４との間のデータレートの制限値以下となるように通信を制御する。

【0036】

より詳細には、まず、通信制御装置１６は、中継衛星２と地上局４との間のデータレートの制限値以下となるように、中継衛星２と同時に、並列して光通信をするユーザ衛星３の数を設定する。そして、通信制御装置１６は、光通信対象のユーザ衛星３から光通信機１４がデータを受け付けている最中に、受け付けたデータを中継衛星２から地上局４へ送信するように各機器を制御する。

【0037】

以下、具体的に説明する。

【0038】

中継衛星２に搭載される光通信機の総台数をＮ_Ｕ[台]、１つのユーザ衛星３と１つの光通信機１４との間のデータ通信回線のデータレートの制限値をＲ_Ｕ[bit/sec]、１つの光通信機１４が１つのユーザ衛星３との間のデータ通信のために通信回線の確立に要する時間をＸ_ａｑ[sec]、中継衛星２から地上局４へデータが送信される際のデータ通信におけるデータレートの制限値をＲ_Ｇ[bit/sec]とする。この場合、Ｒ_ＧとＲ_Ｕとの間の条件は、以下の式（１）によって表される。なお、ここでデータレートの制限値とは、光通信機１４の設計仕様上のデータレートの制限値のみならず、運用上のデータレートの制限値であっても良い。光通信機１４それぞれのデータレートの制限値が同一でない場合、それらのうちの最大値以下の固定値をＲ_Ｇとして設定しても良い。

【0039】

【数1】

（１）

【0040】

また、同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐは、以下の式（２）によって設定される。

【0041】

【数2】

（２）

【0042】

この場合、Ｎ_ｏｐ＜Ｎ_Ｕが成立するときには、１つのユーザ衛星３と１つの光通信機１４との間の通信回線においてデータ通信を行う時間を表す通信時間Ｔ_ｃｏ[sec]が以下の式（３）に従って設定される。これにより、より多くのユーザ衛星３のデータを地上局４へ送信することができる。

【0043】

【数3】

（３）

【0044】

例えば、上記式（２）によって同時に光通信を行う光通信機の最大台数がＮ_ｏｐ＝１と算出された場合を考える。この場合、例えば、通信制御装置１６は、ユーザ衛星３Ａと光通信機１４Ａとの間において通信時間Ｔ_ｃｏ[sec]の光通信が行われた後に、ユーザ衛星３Ｂと光通信機１４Ｂとの間において通信時間Ｔ_ｃｏ[sec]の光通信が行われるように、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを制御する。

【0045】

また、例えば、上記式（２）によって同時に光通信を行う光通信機の最大台数がＮ_ｏｐ＝２と算出された場合を考える。この場合、例えば、通信制御装置１６は、ユーザ衛星３Ａと光通信機１４Ａとの間において通信時間Ｔ_ｃｏ[sec]の光通信が行われている最中にも、ユーザ衛星３Ｂと光通信機１４Ｂとの間において通信時間Ｔ_ｃｏ[sec]の光通信が行われるように、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを制御する。

【0046】

同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐは、上記式（２）に従って算出されるため、結果として、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとの間のデータレートの総和が、中継衛星２と地上局４との間のデータレートの制限値以下となる。これにより、中継衛星２と地上局４との間のデータレートの制限値を満たしつつ、より多くのユーザ衛星３のデータを地上局４へ一度に送信することが可能となる。また、中継衛星２と地上局４との間の通信回線の稼働率を向上させることが可能となる。なお、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとの間のデータレートの総和は、本開示の第１のデータレートの一例である。また、通信制御装置１６と地上局４との間の単位時間当たりのデータ通信量の制限値Ｒ_Ｇ[bit/sec]は、本開示の第２のデータレートの一例である。

【0047】

なお、通信制御装置１６は、１つの光通信機１４と１つのユーザ衛星３との間において光通信を開始するタイミングを、以下の式（４）に従って算出される時間Ｔ_ｄｉｆ[sec]ずらすように制御する。これにより、各光通信機１４に対して通信時間Ｔ_ｃｏ[sec]が配分される。

【0048】

【数4】

（４）

【0049】

図３は、中継衛星２に搭載される光通信機の台数が３（すなわち、Ｎ_Ｕ＝３）の場合であって、同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐ＝１と算出された場合の制御シーケンスの一例である。図３に示される例では、光通信を行う光通信機の台数Ｎ_ｏｐ＝１であるためＴ_ｄｉｆ＝Ｔ_ｃｏとなる。このため、図３に示されるように、例えば光通信機１４Ｂの通信開始のタイミングは、光通信機１４Ａの光通信が終了した後になる。

【0050】

図３に示されるように、中継衛星２の高周波無線機２０は、光通信機１４がユーザ衛星３から受信したデータを地上局４へ並列して伝送し、リアルタイムに中継する。すなわち、中継衛星２の光通信機１４がユーザ衛星３からデータを受信する通信時間Ｔ_ｃｏ[sec]の光通信が行われている間に、高周波無線機２０は、受信した当該データの地上局４への伝送を開始する。

【0051】

例えば、図３に示されるように、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間に光通信機１４Ａがユーザ衛星３から受信したデータは、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間に高周波無線機２０によって地上局４へ伝送が開始される。また、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に光通信機１４Ｂがユーザ衛星３から受信したデータは、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に高周波無線機２０によって地上局４へ伝送が開始される。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に光通信機１４Ｃがユーザ衛星３から受信したデータは、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に高周波無線機２０によって地上局４へ伝送が開始される。なお、光通信機１４がデータを受信する時間帯と、高周波無線機２０がデータを地上局４へ伝送を開始する時刻においては、若干のずれが生じる。また、ユーザ衛星３と光通信をする光通信機１４は固定されるものではない。例えば、光通信機１４Ａと光通信をするユーザ衛星３はユーザ衛星３Ａに固定されるものではない。例えば、光通信機１４Ａは、ユーザ衛星３Ｂ又はユーザ衛星３Ｃとも光通信をし得る。光通信機１４Ａは、例えば、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間は第１のユーザ衛星、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間は第２のユーザ衛星と光通信をし得る。

【0052】

一方、図４は、同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐ＝２と算出された場合の制御シーケンスの一例である。図４に示される例では、光通信を行う光通信機の台数Ｎ_ｏｐ＝２であるためＴ_ｄｉｆ＝Ｔ_ｃｏ／２となる。このため、例えば、光通信機１４Ｂの通信開始のタイミングは、光通信機１４Ａの光通信が開始されてからＴ_ｄｉｆ＝Ｔ_ｃｏ／２経過した後になる。

【0053】

例えば、図４に示されるように、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間に光通信機１４Ａがユーザ衛星３から受信したデータと、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間に光通信機１４Ｃがユーザ衛星３から受信したデータとが、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間に高周波無線機２０によって地上局４へ伝送される。また、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に光通信機１４Ａがユーザ衛星３から受信したデータと、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に光通信機１４Ｂがユーザ衛星３から受信したデータとが、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に高周波無線機２０によって地上局４へ伝送される。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に光通信機１４Ｂがユーザ衛星３から受信したデータと、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に光通信機１４Ｃがユーザ衛星３から受信したデータとが、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に高周波無線機２０によって地上局４へ伝送される。

【0054】

なお、同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐ＝３と算出された場合には、Ｎ_Ｕ＝Ｎ_ｏｐ＝３となり、上記式（３）は成立しない。この場合には、後述する制御部１６２は、通信制御システム１２に搭載されている全ての光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが同時又は任意のタイミングで光通信を行うように制御することができる。

【0055】

設定部１６０は、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとの間の単位時間当たりのデータ通信量の制限値Ｒ_Ｕの総和である第１のデータレートを設定する。また、設定部１６０は、中継衛星２と地上局４との間の単位時間当たりのデータ通信量の制限値Ｒ_Ｇである第２のデータレートを設定する。次に、設定部１６０は、これらの各データレートに基づいて、各種の制御情報を設定する。

【0056】

まず、設定部１６０は、光通信機１４のデータレートの制限値Ｒ_Ｕと、中継衛星２から地上局４への通信回線におけるデータレートの制限値Ｒ_Ｇとに基づいて、上記式（２）に従って、同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐを設定する。

【0057】

次に、設定部１６０は、光通信機１４がユーザ衛星３との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑと、光通信機の総数Ｎ_Ｕと、同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐとに基づいて、上記式（３）に従って、通信時間Ｔ_ｃｏを設定する。なお、光通信機１４がユーザ衛星３との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑは、予め設定される。または、光通信機１４がユーザ衛星３との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑは、中継衛星２がユーザ衛星３の捕捉をする際に要する時間として計算される。なお、光通信機１４がユーザ衛星３との間の通信回線の確立に要する時間が、複数のユーザ衛星３毎に異なる場合は、それらの中の最大値（時間）をＸ_ａｑとして設定することができる。

【0058】

次に、設定部１６０は、通信時間Ｔ_ｃｏと、同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐとに基づいて、上記式（４）に従って、通信の開始タイミングを制御する制御時間Ｔ_ｄｉｆを設定する。なお、衛星システム１において基準となる時刻情報は、ＧＰＳ等の測位衛星から取得される。具体的には、衛星システム１の中継衛星２及びユーザ衛星３は、ＧＰＳ等の測位衛星から取得した時刻情報を基準となる時刻情報として、各種の制御を実行する。

【0059】

制御部１６２は、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃから第１のデータレートで受信したデータを、地上局４に第２のデータレートで並列して中継伝送するように複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ及び後述する高周波無線機２０を制御する。これにより、Ｎ_ｏｐ台の光通信機１４と複数のユーザ衛星３との間において並列して光通信が行われるようにＮ_ｏｐ台の光通信機１４が制御される。具体的には、制御部１６２は、設定部１６０によって設定された、通信時間Ｔ_ｃｏと制御時間Ｔ_ｄｉｆとに基づいて、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを制御する。より具体的には、制御部１６２は、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃのうちの１つのユーザ衛星３と、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃのうちの１つの光通信機１４との間の通信時間が通信時間Ｔ_ｃｏとなるように制御する。また、制御部１６２は、ユーザ衛星３と光通信機１４との間において通信が開始されてから制御時間Ｔ_ｄｉｆが経過したときに、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃのうちの１つのユーザ衛星３と、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃのうちの１つの光通信機１４との間の通信が開始されるように制御する。

【0060】

なお、同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐ＝３と算出された場合には、制御部１６２は、通信制御システム１２に搭載されている全ての光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが複数のユーザ衛星３と同時又は任意のタイミングで光通信を行うように制御することができる。

【0061】

制御部１６２は、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ及び後述する信号切替回路１８に対して上述の制御処理が実現されるような制御信号を出力することにより、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの光通信を制御する。

【0062】

（信号切替回路）

【0063】

信号切替回路１８は、通信制御装置１６から出力される制御信号に応じて、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの間の信号経路及び複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと後述する高周波無線機２０との間の信号経路を切り替える。

【0064】

図５～図８に、信号切替回路１８を説明するための図を示す。信号切替回路１８は、通信制御装置１６から出力される制御信号に応じて内部の回路経路を変更することにより、電気信号の経路を切り替える。これにより、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと後述する高周波無線機２０との間の信号経路が切り替わる。例えば、信号切替回路１８は、図５に示されるように、あるときは光通信機１４Ａ及び光通信機１４Ｂと高周波無線機２０とが電気的に接続されるように内部の回路経路を設定して、信号経路を切り替える。なお、図５に示される例では、光通信機１４Ａ及び光通信機１４Ｂが同時に並列して通信可能なように、データ多重化回路１９Ａによりデータが多重化され、または多重化データ分離回路１９Ｂにより多重化されたデータが分離される。

【0065】

また、信号切替回路１８は、図６に示されるように、あるときは光通信機１４Ａ及び光通信機１４Ｃと高周波無線機２０とが電気的に接続されるように、信号経路を切り替える。なお、図６に示される例では、光通信機１４Ａ及び光通信機１４Ｃが同時に並列して通信可能なように、データ多重化回路１９Ａによりデータが多重化され、多重化データ分離回路１９Ｂにより多重化されたデータが分離される。

【0066】

また、信号切替回路１８は、図７に示されるように、あるときは光通信機１４Ａ、光通信機１４Ｂ、及び光通信機１４Ｃと高周波無線機２０とが電気的に接続されるように、信号経路を切り替える。なお、図７に示される例では、光通信機１４Ａ、光通信機１４Ｂ、及び光通信機１４Ｃが同時に並列して通信可能なように、データ多重化回路１９Ａによりデータが多重化され、多重化データ分離回路１９Ｂにより多重化されたデータが分離される。

【0067】

また、信号切替回路１８は、図８に示されるように、光通信機１４Ａと光通信機１４Ｂとが電気的に接続されるように信号経路を切り替える。なお、図８の例は、中継衛星２が、ユーザ衛星間のデータ通信を中継するような場合の例である。例えば、光通信機１４Ａとユーザ衛星３Ａとの間において光通信が行われ、光通信機１４Ｂとユーザ衛星３Ｂとの間において光通信が行われている場合を考える。この場合、図８に示されるように、光通信機１４Ａがユーザ衛星３Ａからデータを受信し、そのデータが光通信機１４Ｂを介してユーザ衛星３Ｂへ伝送される。また、光通信機１４Ｂがユーザ衛星３Ｂからデータを受信し、そのデータが光通信機１４Ａを介してユーザ衛星３Ａへ伝送される。このようにして、中継衛星２はユーザ衛星間のデータ通信を中継することもできる。

【0068】

（データ多重化回路及び多重化データ分離回路）

【0069】

データ多重化回路１９Ａは、上記図５～図８に示されるように、複数の光通信機による光通信が可能なようにデータを多重化する。また、多重化データ分離回路１９Ｂは、上記図５～図８に示されるように、複数の光通信機による光通信が可能なように、多重化されたデータを分離する。

【0070】

（高周波無線機）

【0071】

図５～図８における高周波無線機２０は、中継衛星２が地上局４等と通信を行うための中継用通信機の一例である。なお、中継用通信機は本開示の機器通信部の一例である。高周波無線機２０は、高周波変調回路２００と、高周波送信アンテナ２０１（図２参照。図５～図８では省略）と、高周波送信機２０２と、高周波受信アンテナ２０３（図２参照。図５～図８では省略）と、高周波受信機２０４と、高周波復調回路２０６とを備えている。高周波無線機２０は、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃによって取得されたデータを変調し、地上局４へ送信する。また、高周波無線機２０は、地上局４から送信されたデータを復調し、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃへ受け渡す。

【0072】

高周波変調回路２００は、光通信機１４から出力されたデジタル電気信号を変調し、高周波送信機２０２へ出力する。

【0073】

高周波送信機２０２は、高周波変調回路２００によって変調された信号を高周波信号に変換し、その信号を増幅する。

【0074】

高周波送信アンテナ２０１は、高周波送信機２０２から出力された高周波を地上局４に向けて放射する。

【0075】

高周波受信アンテナ２０３は、地上局４から送信された高周波を受信する。

【0076】

高周波受信機２０４は、高周波受信アンテナ２０３によって受信された高周波から変調信号を取り出し、その変調信号を出力する。

【0077】

高周波復調回路２０６は、高周波受信機２０４から出力された変調信号を復調し、デジタル電気信号へ変換する。

【0078】

なお、本実施形態では、中継用通信機の一例として高周波無線機２０を用いる場合を例に説明するが、地上局４と無線通信を行う中継用通信機は光通信機であってもよい。中継用通信機が光通信機である場合には、中継衛星２と地上局４との間においては光通信が行われる。この場合には、複数のユーザ衛星３と複数の光通信機１４との間においてデータ通信が並列して行われ、複数の光通信機１４の各々が受信したデータが多重化され、中継用通信機である光通信機と地上局４との間において光通信が行われる。

【0079】

図８Ａに、中継用通信機が光通信機である場合の通信制御システムの構成例を示す。図８Ａの場合には、例えば、光通信機１４Ａがユーザ衛星３Ａから受信したデータと、光通信機１４Ｂがユーザ衛星３Ｂから受信したデータとがデータ多重化回路１９Ａによって多重化される。そして、中継用光通信機２１の光送信機２０１及び光望遠鏡２０３は、データ多重化回路１９Ａによって多重化されたデータを地上局４へ光通信を用いて伝送する。

【0080】

また、中継用光通信機２１の光望遠鏡２０５及び光送信機２０７は、地上局４から光通信を用いて伝送されたデータを受信する。多重化データ分離回路１９Ｂは、地上局４から伝送されたデータを分離する。そして、光通信機１４Ａ及び光通信機１４Ｂの各々は、多重化データ分離回路１９Ｂにより分離されたデータを、例えば、ユーザ衛星３Ａ及びユーザ衛星３Ｂの各々へ伝送する。

【0081】

なお、複数の光通信機１４のうちの少なくとも１つ以上の光通信機を、地上局４とデータ通信を行う中継用通信機としてもよい。図８Ｂに、複数の光通信機１４のうちの光通信機１４Ｃが中継用通信機である場合の通信制御システムの構成例を示す。図８Ｂの場合には、光通信機１４Ｃが中継用通信機として機能し、中継用通信機である光通信機１４Ｃと地上局４との間において光通信が行われる。なお、図８Ｂの場合には、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃのうちの光通信機１４Ｃが中継用通信機となるため、ユーザ衛星３との間においてデータ通信を行う光通信機の数は１つ減ることになる。このため、図８Ｂのような場合において、複数のユーザ衛星３と複数の光通信機１４との間においてデータ通信を並列して行う場合には、上記式（３）のＮ_Ｕは光通信機の総数から１を減じた数とする必要がある。

【0082】

通信制御システム１２の通信制御装置１６は、例えば、図９に示すコンピュータ７０で実現することができる。コンピュータ７０はCentral Processing Unit（ＣＰＵ）７１、一時記憶領域としてのメモリ７２、及び不揮発性の記憶部７３を備える。また、コンピュータ７０は、入出力装置等（図示省略）が接続される入出力interface（Ｉ／Ｆ）７４、及び記録媒体に対するデータの読み込み及び書き込みを制御するread/write（Ｒ／Ｗ）部７５を備える。また、コンピュータ７０は、通信制御システム１２がインターネット等の地上の通信システムに接続可能なネットワークinterface（Ｉ／Ｆ）７６を備える。ＣＰ
Ｕ７１、メモリ７２、記憶部７３、入出力Ｉ／Ｆ７４、Ｒ／Ｗ部７５、及びネットワークＩ／Ｆ７６は、バス７７を介して互いに接続される。

【0083】

記憶部７３は、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）、solid state drive（ＳＳＤ）、フラッシュメモリ等によって実現できる。記憶媒体としての記憶部７３には、コンピュータ７０を
機能させるためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵ７１は、プログラムを記憶部７３から読み出してメモリ７２に展開し、プログラムが有するプロセスを順次実行する。

【0084】

なお、プログラムにより実現される機能は、例えば半導体集積回路、より詳しくはApplication Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）等で実現することも可能である。

【0085】

また、通信制御システム１２が備える各機器も、図９に示すコンピュータ７０によって実現される場合がある。

【0086】

＜通信制御システム１２の作用＞

【0087】

次に、実施形態の通信制御システム１２の作用について説明する。通信制御システム１２が動作し、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと中継衛星２との間において光通信の開始を指示する指示信号を受信すると、通信制御装置１６は図１０に示す通信制御処理ルーチンを実行する。

【0088】

ステップＳ１００において、設定部１６０は、光通信機１４のデータレートの制限値Ｒ_Ｕと、中継衛星２から地上局４への通信回線におけるデータレートの制限値Ｒ_Ｇとに基づいて、上記式（２）に従って、同時に光通信を行う光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐを設定する。なお、設定部１６０は、データレートの制限値Ｒ_Ｕとデータレートの制限値Ｒ_Ｇとを、通信制御装置１６内の所定の記憶部又はメモリ７２から読み出すことにより、これらのデータを取得する。

【0089】

ステップＳ１０２において、設定部１６０は、光通信機１４がユーザ衛星３との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑと、光通信機の総数Ｎ_Ｕと、上記ステップＳ１００で設定された光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐとに基づいて、上記式（３）に従って、通信時間Ｔ_ｃｏを設定する。なお、設定部１６０は、Ｘ_ａｑを通信制御装置１６内の所定の記憶部又はメモリ７２から取得することができる。

【0090】

ステップＳ１０４において、設定部１６０は、上記ステップＳ１０２で設定された通信時間Ｔ_ｃｏと、上記ステップＳ１００で設定された光通信機の最大台数Ｎ_ｏｐとに基づいて、上記式（４）に従って、通信の開始タイミングを制御する制御時間Ｔ_ｄｉｆを設定する。

【0091】

ステップＳ１０６において、制御部１６２は、上記ステップＳ１０２で設定された通信時間Ｔ_ｃｏと、上記ステップＳ１０４で設定された制御時間Ｔ_ｄｉｆとに基づいて、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを制御する。

【0092】

具体的には、制御部１６２は、第１衛星の一例であるユーザ衛星３Ａと、第１光通信機の一例である光通信機１４Ａとの間の通信時間が通信時間Ｔ_ｃｏとなるように制御する。また、制御部１６２は、ユーザ衛星３Ａと光通信機１４Ａとの間において通信が開始されてから制御時間Ｔ_ｄｉｆが経過したときに、第２衛星の一例であるユーザ衛星３Ｂと、第２光通信機の一例である光通信機１４Ｂとの間の通信が開始されるように制御する。

【0093】

これにより、中継衛星２が複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと地上局４との間の通信を中継する際に、中継衛星２と地上局４との間のデータレートの制限値を満たしつつ、より多くのユーザ衛星３のデータを地上局４へ送信することができる。

【0094】

以上説明したように、第１実施形態に係る通信制御システム１２の通信制御装置１６は、中継衛星が複数の衛星と地上局との間の通信を中継する際に、複数のユーザ衛星と中継衛星との間の単位時間当たりの通信量を表すデータレートの総和が、中継衛星と地上局との間のデータレートの制限値以下となるように、中継衛星と複数の衛星との間の通信を制御する。これにより、中継衛星が複数のユーザ衛星と地上局との間の通信を中継する際に、中継衛星と地上局との間のデータレートの制限値を満たしつつ、より多くのユーザ衛星のデータを地上局へ送信することができる。

【0095】

また、同時に通信を行うユーザ衛星の数をより多くすることにより、中継衛星と地上局との間の通信回線の稼働率を向上させることができる。

【0096】

＜第２実施形態の衛星システム＞

【0097】

次に、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の衛星システム及び通信制御システムの構成は、第１実施形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。

【0098】

第２実施形態の通信制御システムは、中継衛星２がユーザ衛星３を捕捉する際に要する時間を表す捕捉時間Ｘに基づいてＸ_ａｑを算出し、ユーザ衛星３と光通信機１４との間の通信時間Ｔ_ｃｏを設定する点が第１実施形態と異なる。

【0099】

上記式（３）に示されるように、ユーザ衛星３と光通信機１４との間の通信時間Ｔ_ｃｏは、ユーザ衛星３と光通信機１４との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑに基づいて算出される。

【0100】

第２実施形態の通信制御システムは、ユーザ衛星３と光通信機１４との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑに含まれる、光通信機１４がユーザ衛星３を捕捉する際に要する時間を表す捕捉時間Ｘを計算する。そして、第２実施形態の通信制御システムは、捕捉時間Ｘを含む時間Ｘ_ａｑに応じて通信時間Ｔ_ｃｏを設定する。

【0101】

ユーザ衛星３と光通信機１４との間の通信回線を確立させる場合、その大部分の時間は光通信機１４がユーザ衛星３を捕捉する際の捕捉時間Ｘに要される。そこで、第２実施形態の通信制御システムは捕捉時間Ｘを計算し、捕捉時間Ｘに応じて通信時間Ｔ_ｃｏを設定する。

【0102】

以下、具体的に説明する。

【0103】

なお、第２実施形態においては、捕捉用信号光を照射する衛星が中継衛星２であり、捕捉用信号光を受光する衛星がユーザ衛星３である場合を例に説明する。そのため、以下では、中継衛星２が通信相手となるユーザ衛星３を捕捉する場合を例に説明する。

【0104】

まず、中継衛星２の通信制御装置１６の設定部１６０は、光通信機１４の通信対象であるユーザ衛星３が存在し得る候補領域を計算する。具体的には、設定部１６０は、ユーザ衛星３の軌道計算、ユーザ衛星３の軌道の予測誤差、ユーザ衛星３の姿勢決定精度、及び姿勢制御精度等に基づいて、既存の手法を用いて、ユーザ衛星３が存在し得る候補領域を計算する。なお、ユーザ衛星３が存在し得る位置は、ユーザ衛星３の軌道計算、ユーザ衛星３の軌道の予測誤差、ユーザ衛星３の姿勢決定精度、及び姿勢制御精度等に基づき予測される。

【0105】

図１１～１３に、中継衛星２によるユーザ衛星３の捕捉を説明するための図を示す。中継衛星２によるユーザ衛星３の捕捉は、以下に示されるように、衛星追尾ステップ、中継衛星２によるユーザ衛星３の粗捕捉ステップ、ユーザ衛星３による中継衛星２の粗捕捉ステップ、及び精捕捉ステップから構成される。なお、図１１～１３に示されている捕捉方法はスパイラルスキャン方式である。第２実施形態では、衛星の捕捉方法がスパイラルスキャン方式である場合を例に説明する。

【0106】

（衛星追尾ステップ）

【0107】

まず、設定部１６０は、ユーザ衛星３の軌道計算結果、ユーザ衛星３の軌道の予測誤差、ユーザ衛星３の姿勢決定精度、及び姿勢制御精度等に基づいて、既存の手法を用いて、図１１に示されるようなユーザ衛星３が存在し得る候補領域Ｆを計算する。

【0108】

（中継衛星２によるユーザ衛星３の粗捕捉ステップ）

【0109】

次に、制御部１６２は、設定部１６０により設定された候補領域Ｆに沿った方向に対して光通信機１４の光望遠鏡を指向させる制御を行い、光通信機１４から捕捉用信号光Ｌ_１のビームが出力されるように制御する。なお、捕捉用信号光Ｌ_１のビームの発散角は、通常、候補領域Ｆより小さい。このため、中継衛星２の通信制御装置１６の制御部１６２は、捕捉用信号光Ｌ_１を候補領域Ｆ内において走査し、候補領域Ｆ全域をスキャンするように光通信機１４を制御する。

【0110】

次に、図１２に示されるように、ユーザ衛星３に搭載されている受光センサ（図示省略）は、捕捉用信号光Ｌ_１を受光する。受光センサ（図示省略）は、既知の四分割センサ又はＣＣＤ等のセンサによって実現される。そして、ユーザ衛星３の制御装置（図示省略）は、受光センサの出力値から中継衛星２の方向を特定する。

【0111】

（ユーザ衛星３による中継衛星２の粗捕捉ステップ）

【0112】

次に、図１３に示されるように、ユーザ衛星３は、特定した中継衛星２の方向に対して捕捉用信号光Ｌ_２を照射する。中継衛星２の光通信機１４は、ユーザ衛星３から出力された捕捉用信号光Ｌ_２を受光する。なお、この際の受光センサ（図示省略）も、同様に四分割センサ又はＣＣＤ等のセンサによって実現される。中継衛星２の通信制御装置１６の制御部１６２は、受光センサの出力値からユーザ衛星３の方向を特定する。

【0113】

（精捕捉ステップ）

【0114】

次に、中継衛星２の通信制御装置１６の制御部１６２は、光通信機１４から照射されている捕捉用信号光Ｌ_１を停止させるように制御する。そして、図１３に示されるように、通信制御装置１６の制御部１６２は、特定されたユーザ衛星３の方向に捕捉用信号光Ｌ_３を照射する。ユーザ衛星３は、捕捉用信号光Ｌ_３を受光する。これにより、中継衛星２によるユーザ衛星３の捕捉が完了する。

【0115】

そして、中継衛星２とユーザ衛星３とは、既存の技術を用いて、衛星の追尾機構及び衛星の追尾ミラー等のポインティング機構（図示省略）を調整することにより、衛星自体の振動及び衛星間の光通信回線に影響を与える外乱を抑制し安定した追尾を実現する。

【0116】

次に、スパイラルスキャン方式を使用した場合の捕捉時間Ｘの計算方法の一例について説明する。

【0117】

スパイラルスキャン方式では、上記図１１に示されるように、候補領域Ｆ内において捕捉用信号光Ｌ_１がスパイラル状に走査される。スパイラルスキャンの捕捉用の極座標は、以下の式（５）によって表される。なお、以下の式（５）におけるρは極座標における原点からの距離ｒに相当する。また、以下の式（５）におけるθは極座標における角度に相当する。

【0118】

【数5】

（５）

【0119】

また、図１１の信号光Ｌ_１をＭ方向から見た様子を図１４に示す。ここで、上記式（５）のＩ_θは、図１４に示されるように、ある時刻を表す第１時刻に照射された捕捉用信号光と次の時刻を表す第２時刻に照射された捕捉用信号光との間の距離を表す。

【0120】

捕捉用信号光のビームの軌跡が候補領域Ｆの全域をカバーするためには、以下の式（６）が満たされる必要がある。なお、以下の式のθ_ｂは捕捉用信号光のビームの発散角を表す。

【0121】

【数6】

（６）

【0122】

図１１に示されるように、候補領域Ｆの大きさがθ_μ（なお、θ_μは捕捉用信号光の時系列によって形成されるスパイラルの視野角θ_μでもある。）の場合、隣接する２つの捕捉用信号光のビームを走査する間隔を表す間隔時間がΔｔであると仮定すると、候補領域Ｆ全域の走査を完了するのに必要な時間ｔ_μは、以下の式（７）によって表される。

【0123】

【数7】

（７）

【0124】

間隔時間Δtの設定方法の一例として次の式（８）が挙げられる。ここで、Ｌは中継衛星２とユーザ衛星３との間の通信距離を表し、ｃは光速を表し、ｔ_ｓは中継衛星２が備える受光センサの応答時間を表し、Ｆは信号光を走査するためのステアリングミラーの帯域幅を表す。中継衛星２とユーザ衛星３との間の通信距離Ｌは、候補領域Ｆの計算に応じて求められる。

【0125】

【数8】

（８）

【0126】

なお、上記のスパイラルスキャン方式における計算式（５）～（８）は、以下の参考文献に開示されている。

【0127】

（参考文献）
Weiqi Chen, Qi Zhang, Xiangjun Xin, Qinghua Tian, Ying Tao, Yufei Shen, Guixing Cao, Rui Ding, and Yifan Zhang, "Beaconless acquisition tracking and pointing scheme of satellite optical communication in multi-layer satellite networks", Proc. SPIE 11023, Fifth Symposium on Novel Optoelectronic Detection Technology and Application, 110231E (12 March 2019); https://doi.org/10.1117/12.2521600

【0128】

このため、第２実施形態の設定部１６０は、中継衛星２から出力される第１捕捉用信号光の一例である捕捉用信号光Ｌ_１が、ユーザ衛星３により受光されるまでに要する第１時間を計算する。

【0129】

また、第２実施形態の設定部１６０は、ユーザ衛星３による捕捉用信号光Ｌ_１の受光に応答してユーザ衛星３から出力される捕捉用信号光Ｌ_２が、中継衛星２により受光されるまでに要する第２時間を計算する。

【0130】

また、第２実施形態の設定部１６０は、中継衛星２による捕捉用信号光Ｌ_２の受光に応答して中継衛星２から出力される捕捉用信号光Ｌ_３が、ユーザ衛星３により受光されるまでに要する第３時間を計算する。

【0131】

そして、第２実施形態の設定部１６０は、第１時間と第２時間と第３時間との和に応じて、捕捉時間Ｘを計算する。

【0132】

なお、第２実施形態における第１時間は、上記式（７）によって求められる走査時間ｔ_μに相当する。

【0133】

そのため、第２実施形態の設定部１６０は、まず、光速ｃと、中継衛星２とユーザ衛星３との間の通信距離Ｌと、捕捉用信号光を走査するためのステアリングミラーの帯域幅Ｆと、中継衛星２が備える受光センサの応答時間ｔ_ｓとに基づいて、上記式（８）に従って、間隔時間Δｔを計算する。

【0134】

次に、第２実施形態の設定部１６０は、計算された間隔時間Δｔと、照射される捕捉用信号光の時系列によって形成されるスパイラルの視野角θ_μと、第１時刻に照射される捕捉用信号光と第２時刻に照射される捕捉用信号光との間の距離Ｉ_θとに基づいて、上記式（７）に従って、第１時間の一例である走査時間ｔ_μを計算する。

【0135】

また、第２実施形態の設定部１６０は、ユーザ衛星３が存在し得る位置等に基づいて、第２時間及び第３時間を計算する。なお、ある時刻においてユーザ衛星３が存在し得る位置等の情報は、予め地上局４等より中継衛星２に送信しておくことが考えられる。

【0136】

第２実施形態の設定部１６０は、計算された第１時間の一例である走査時間ｔ_μと第２時間と第３時間との和を表す捕捉時間Ｘを、光通信機１４がユーザ衛星３との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑとして設定する。なお、設定部１６０は、走査時間ｔ_μと第２時間と第３時間との和に対して、さらに所定の時間を加算するなどして時間Ｘ_ａｑを設定するようにしてもよい。

【0137】

＜通信制御システム１２の作用＞

【0138】

次に、第２実施形態の通信制御システム１２の作用について説明する。通信制御システム１２が動作し、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと中継衛星２との間において光通信の開始を指示する指示信号を受信すると、通信制御装置１６は図１５に示す捕捉時間設定処理ルーチンを実行する。

【0139】

ステップＳ２００において、設定部１６０は、光通信機１４の通信対象であるユーザ衛星３が存在し得る候補領域Ｆを特定する。

【0140】

ステップＳ２０２において、設定部１６０は、ユーザ衛星３を捕捉するためのスパイラルスキャン方式の捕捉用信号光を候補領域Ｆ内において走査する際の、捕捉用信号光の照射の間隔時間を表す間隔時間Δｔを計算する。具体的には、設定部１６０は、光速ｃと、中継衛星２とユーザ衛星３との間の通信距離Ｌと、捕捉用信号光を走査するためのステアリングミラーの帯域幅Ｆと、中継衛星２が備える受光センサの応答時間ｔ_ｓとに基づいて、上記式（８）に従って、間隔時間Δｔを計算する。

【0141】

ステップＳ２０４において、設定部１６０は、上記ステップＳ２０２で計算された間隔時間Δｔと、照射される捕捉用信号光の時系列によって形成されるスパイラルの視野角θ_μと、第１時刻に照射される捕捉用信号光と第２時刻に照射される捕捉用信号光との間の距離Ｉ_θとに基づいて、上記式（７）に従って、走査時間ｔ_μを計算する。

【0142】

ステップＳ２０５において、設定部１６０は、ユーザ衛星３が存在し得る位置等に基づいて、第２時間及び第３時間を計算する。

【0143】

ステップＳ２０６において、設定部１６０は、上記ステップＳ２０４で計算された走査時間ｔ_μと上記ステップＳ２０５で計算された第２時間及び第３時間との和を、光通信機１４がユーザ衛星３との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑとして設定する。

【0144】

通信制御装置１６は図１５に示す捕捉時間設定処理ルーチンの実行が終了すると、上記図１０に示す通信制御処理ルーチンを実行する。このとき、上記式（３）に従って通信時間Ｔ_ｃｏを計算する際には、第２実施形態の設定部１６０により設定された時間Ｘ_ａｑを用いて、通信時間Ｔ_ｃｏを計算する。これにより、ユーザ衛星３の捕捉時間に応じた通信時間Ｔ_ｃｏが設定される。

【0145】

第２実施形態の衛星システム及び通信制御システムの他の構成及び作用については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

【0146】

以上説明したように、第２実施形態に係る通信制御システム１２の通信制御装置１６は、中継衛星２から出力される第１捕捉用信号光の一例である捕捉用信号光Ｌ_１が、ユーザ衛星３により受光されるまでに要する第１時間を計算する。また、通信制御装置１６は、ユーザ衛星３による捕捉用信号光Ｌ_１の受光に応答してユーザ衛星３から出力される捕捉用信号光Ｌ_２が、中継衛星２により受光されるまでに要する第２時間を計算する。通信制御装置１６は、中継衛星２による捕捉用信号光Ｌ_２の受光に応答して中継衛星２から出力される捕捉用信号光Ｌ_３が、ユーザ衛星３により受光されるまでに要する第３時間を計算する。通信制御装置１６は、第１時間と第２時間と第３時間との和に応じて、捕捉時間Ｘを計算する。そして、通信制御装置１６は、捕捉時間Ｘを、光通信機１４がユーザ衛星３との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑとして設定する。これにより、ユーザ衛星３の捕捉時間に応じた通信時間Ｔ_ｃｏを設定することができる。

【0147】

なお、通信制御装置１６は、光通信機の通信対象であるユーザ衛星３が存在し得る候補領域を特定し、ユーザ衛星を捕捉するためのスパイラルスキャン方式の捕捉用信号光を候補領域内において走査する際の、捕捉用信号光の照射の間隔時間を表す間隔時間Δｔと、照射される捕捉用信号光の時系列によって形成されるスパイラルの視野角θ_μと、第１時刻に照射される捕捉用信号光と第２時刻に照射される捕捉用信号光との間の距離Ｉ_θとに基づいて、ユーザ衛星を捕捉するための捕捉用信号光の走査に要する時間を表す走査時間ｔ_μを計算する。そして、通信制御装置１６は、中継衛星２から出力される第１捕捉用信号光の一例である捕捉用信号光Ｌ_１が、ユーザ衛星３により受光されるまでに要する第１時間として、走査時間ｔ_μを採用する。これにより、スパイラルスキャン方式によってユーザ衛星３を補足する際の時間Ｘ_ａｑを算出することができる。

【0148】

候補領域Ｆの大きさは、ある時点でのユーザ衛星３の存在し得る範囲であり、光通信を行うユーザ衛星３の軌道予測精度、姿勢制御精度、及び光通信機の特性等を考慮して決定される。候補領域Ｆの実際の精度は全体のシステムに依存するため、ユーザ衛星３によっても異なる。このため、実際の運用の初期時点では、精度が悪いケース又は誤差等を考慮し、候補領域Ｆを大きめに設定するようにしてもよい。また、運用を重ねるうちに、光通信機１４の特性及びユーザ衛星３の捕捉の精度が向上することが予想されるため、その際には候補領域Ｆの大きさを縮小することも可能となる。

【0149】

また、中継衛星２は、光通信を行うユーザ衛星３の捕捉時間Ｘを逐次記録し、次の通信を計画する際に、過去にユーザ衛星３が存在し捕捉した位置とユーザ衛星３の予測位置との差分を加味してユーザ衛星３が存在し得る候補領域Ｆを更新することにより、予測される捕捉時間Ｘを短縮することもできる。この場合には、単位時間当たりにユーザ衛星３と通信を行う回数を多くするようにしてもよい。

【0150】

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

【0151】

例えば、上記各実施形態では、通信制御装置１６は、光通信対象のユーザ衛星３から光通信機１４がデータを受け付けている最中に、受け付けたデータを中継衛星２から地上局４へ並列して送信するように複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、通信制御装置１６は、ユーザ衛星３から受け付けたデータを一時的に記憶部に格納するようにしてもよい。例えば、通信制御装置１６は、複数のユーザ衛星３から受け付けるデータレートの総量が、中継衛星２と地上局４との間の通信回線のデータレートの制限値を超えるような場合に、複数のユーザ衛星３から受け付けたデータを一時的に記憶部に格納する。または、例えば、通信制御装置１６は、上記式（１）が満たされない場合には、ユーザ衛星３から受け付けたデータを一時的に記憶部に格納する。そして、通信制御装置１６は、中継衛星２と地上局４との間の通信回線に余裕があるときに、記憶部に格納したデータを地上局４へ送信するようにしてもよい。

【0152】

また、上記実施形態では、ユーザ衛星３と光通信機１４との間の通信回線のデータレートの制限値が一律Ｒ_Ｕである場合を例に説明したがこれに限定されるものではない。例えば、光通信機１４毎にデータレートの制限値Ｒ_Ｕが異なる値であってもよい。

【0153】

なお、上記実施形態では、中継用通信機の一例である高周波無線機が１台である場合を例に説明したがこれに限定されるものではない。中継用通信機の一例である高周波無線機は複数あってもよい。さらに、前述のように、中継用通信機は光通信機であっても良い。

【0154】

また、上記実施形態では、通信制御装置１６の設定部１６０が各種データ等を設定し、制御部１６２が設定部１６０により設定されたデータに基づいて、光通信機１４による通信の制御シーケンスを実行するための各種制御を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、地上にあるサーバ６にて決定された光通信機１４及び中継用通信機の制御シーケンス情報が地上局４または地上局４に接続されたサーバ６を介して中継衛星２及びユーザ衛星３の運用者に予め送信され、中継衛星２の通信制御装置１６は、その制御シーケンス情報に基づいて、図１０又は図１５にある各種の設定および制御を実行するようにしてもよい。この場合、制御シーケンス情報は、ユーザ衛星３の運用者から入手したユーザ衛星３の位置情報等に基づいて、中継衛星２の運用者が算出した中継衛星２とユーザ衛星３との光通信のタイミング等を規定するスケジューリング情報に基づいて決定されても良い。

【0155】

また、上記実施形態では、上記式（３）に従って通信時間Ｔ_ｃｏを算出し、通信時間Ｔ_ｃｏに従って複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ユーザの要望に応じて通信時間Ｔ_ｃｏに対して、所定の時間Ｔ_ｕｒを付加するようにしてもよい。この場合には、例えば、図１６に示されるように、光通信機１４Ａの通信時間Ｔ_ｃｏに対してユーザの要望に応じた時間Ｔ_ｕｒが付加され、光通信機１４Ｂ及び光通信機１４Ｃの通信は時間Ｔ_ｕｒ分だけずれることになる。

【0156】

なお、上記第２実施形態では、衛星を捕捉する方式がスパイラルスキャン方式である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。衛星を捕捉する方式は、他の方式であってもよい。なお、この場合には、上記第２実施形態において計算される各時間のうち、少なくとも第１時間と第２時間とを計算することにより、中継衛星２（又は光通信機１４）がユーザ衛星３を捕捉する際に要する時間を表す捕捉時間Ｘを計算することは可能である。

【0157】

このため、例えば、通信制御装置１６は、中継衛星２から出力された第１捕捉用信号光Ｌ_１がユーザ衛星３により受光されるまでに要する第１時間と、ユーザ衛星３による第１捕捉用信号光Ｌ_１の受光に応答してユーザ衛星３から出力される第２捕捉用信号光Ｌ_２が中継衛星２により受光されるまでに要する第２時間とに応じて、捕捉時間Ｘを計算するようにしてもよい。例えば、通信制御装置１６は、第１時間と第２時間との和に応じて、捕捉時間Ｘを計算するようにしてもよい。

【0158】

または、例えば、通信制御装置１６は、ユーザ衛星３から出力された第１捕捉用信号光Ｌ_１が中継衛星２により受光されるまでに要する第１時間と、中継衛星２による第１捕捉用信号光Ｌ_１の受光に応答して中継衛星２から出力される第２捕捉用信号光Ｌ_２がユーザ衛星３により受光されるまでに要する第２時間とに応じて、捕捉時間Ｘを計算するようにしてもよい。例えば、通信制御装置１６は、第１時間と第２時間との和に応じて、捕捉時間Ｘを計算するようにしてもよい。

【0159】

なお、上記実施形態では、複数の衛星はユーザ衛星である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の衛星のうちの少なくとも１以上の衛星は、他の中継衛星であってもよい。

【0160】

また、上記実施形態では、中継衛星２が複数のユーザ衛星３と地上局４との間の通信を中継する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。地上局４に替えて、中継衛星と無線通信を行う他の地球局（例えば、地表又は地球の大気圏に開設する無線局であって、移動体でも良い）が採用されてもよい。この場合には、中継衛星２は、複数のユーザ衛星３と地球局との間の通信を中継する。例えば、成層圏に開設した地球局を用いることで、気候等による地上の通信環境の影響を受けずに、中継衛星２から地球局までの光通信の時間を安定的に確保できる等のメリットがある。また、地上局４に替えて、他のユーザ衛星又は他の中継衛星が採用されてもよい。この場合には、中継衛星２は、複数のユーザ衛星３と他のユーザ衛星又は他の中継衛星との間の通信を中継する。なお、その際には、光通信によって通信がされてもよく、その場合には中継用通信機は光通信機となる。

【0161】

また、本願明細書中において、コンピュータ７０の記憶部７３にプログラムが予めインストールされている実施形態として説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能である。例えば、プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の非一時的（non-transitory）記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

【0162】

なお、上記実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Programmable Logic Device）、及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。または、プロセッサとしては、ＧＰＧＰＵ（General-purpose graphics processing UNIT）を用いてもよい。また、各処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

【0163】

また、本実施形態の各処理を、汎用演算処理装置及び記憶装置等を備えたコンピュータ又はサーバ等により構成して、各処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムは記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。もちろん、その他いかなる構成要素についても、単一のコンピュータやサーバによって実現しなければならないものではなく、ネットワークによって接続された複数のコンピュータに分散して実現してもよい。

【0164】

本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

【0165】

なお、上記実施形態においては、「××のみに基づいて」、「××のみに応じて」、「××のみの場合」というように「のみ」との記載がなければ、本明細書においては、付加的な情報も考慮し得ることが想定されていることに留意されたい。一例として、「ａの場合にｂする」という記載は、明示した場合を除き、「ａの場合に常にｂする」ことを必ずしも意味しない。

【0166】

また、何らかの方法、プログラム、端末、装置、サーバ又はシステム（以下「方法等」）において、本明細書で記述された動作と異なる動作を行う側面があるとしても、開示の技術の各態様は、本明細書で記述された動作のいずれかと同一の動作を対象とするものであり、本明細書で記述された動作と異なる動作が存在することは、当該方法等を本開示の技術の各態様の範囲外とするものではない。

【0167】

なお、以下に付記を開示する。

【0168】

（付記１）
中継衛星が複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する際に、前記複数の衛星と前記中継衛星との間の単位時間当たりの通信量を表すデータレートの総和が、前記中継衛星と前記他の機器との間のデータレートの制限値以下となるように、前記中継衛星と前記複数の衛星との間の通信を制御する制御部を備える、
通信制御装置。

【0169】

（付記２）
前記中継衛星は、前記複数の衛星と光通信を行う複数の光通信機と、前記他の機器との間の通信を行う機器用通信機とを備えており、
前記制御部は、前記複数の衛星と前記複数の光通信機との間の前記データレートの総和が、前記機器用通信機と前記他の機器との間のデータレートの制限値以下となるように、前記複数の光通信機と前記複数の衛星との間の通信を制御する、
付記１に記載の通信制御装置。

【0170】

（付記３）
前記衛星と前記光通信機との間の通信回線の前記データレートの制限値Ｒ_Ｕと、前記機器用通信機と前記他の機器との間の通信回線におけるデータレートの制限値Ｒ_Ｇとに基づいて、以下の式（１）に従って、前記複数の光通信機のうち同時に光通信をする光通信機の数Ｎ_ｏｐを設定する設定部を更に備え、
前記制御部は、Ｎ_ｏｐ台の光通信機と複数の衛星との間において通信が行われるように、Ｎ_ｏｐ台の光通信機を制御する、
付記２に記載の通信制御装置。

【数9】

（１）

【0171】

（付記４）
前記設定部は、前記光通信機の数Ｎ_ｏｐが前記光通信機の総数Ｎ_Ｕ未満の場合、前記光通信機の数Ｎ_ｏｐと、前記衛星と前記光通信機との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑと、前記光通信機の総数Ｎ_Ｕとに基づいて、以下の式（２）に従って、前記衛星と前記光通信機との間において通信を行う時間を表す通信時間Ｔ_ｃｏをさらに設定し、
前記通信時間Ｔ_ｃｏと前記光通信機の数Ｎ_ｏｐとに基づいて、以下の式（３）に従って、通信の開始タイミングを制御する制御時間Ｔ_ｄｉｆをさらに設定し、
前記制御部は、前記通信時間Ｔ_ｃｏと前記制御時間Ｔ_ｄｉｆとに基づいて、前記複数の衛星のうちの第１衛星と、前記複数の光通信機のうちの第１光通信機との間の通信時間が前記通信時間Ｔ_ｃｏとなるように制御し、前記第１衛星と前記第１光通信機との間において通信が開始されてから前記制御時間Ｔ_ｄｉｆが経過したときに、前記複数の衛星のうちの第２衛星と、前記複数の光通信機のうちの第２光通信機との間の通信が開始されるように制御する、
付記３に記載の通信制御装置。

【数10】

（２）

（３）

【0172】

（付記５）
前記衛星と前記光通信機との間の通信回線の確立に要する時間Ｘ_ａｑには、前記光通信機が前記衛星を捕捉する際に要する時間を表す捕捉時間Ｘが含まれ、
前記設定部は、前記捕捉時間Ｘを含む前記時間Ｘ_ａｑに応じて、前記通信時間Ｔ_ｃｏを設定する、
付記４に記載の通信制御装置。

【0173】

（付記６）
前記設定部は、
前記中継衛星から出力された第１捕捉用信号光が前記衛星により受光されるまでに要する第１時間と、前記衛星による前記第１捕捉用信号光の受光に応答して前記衛星から出力される第２捕捉用信号光が前記中継衛星により受光されるまでに要する第２時間とに応じて、前記捕捉時間Ｘを計算し、
前記捕捉時間Ｘを含む前記時間Ｘ_ａｑに応じて、前記通信時間Ｔ_ｃｏを設定する、
付記５に記載の通信制御装置。

【0174】

（付記７）
前記設定部は、
前記衛星から出力された第１捕捉用信号光が前記中継衛星により受光されるまでに要する第１時間と、前記中継衛星による前記第１捕捉用信号光の受光に応答して前記中継衛星から出力される第２捕捉用信号光が前記衛星により受光されるまでに要する第２時間とに応じて、前記捕捉時間Ｘを計算し、
前記捕捉時間Ｘを含む前記時間Ｘ_ａｑに応じて、前記通信時間Ｔ_ｃｏを設定する、
付記５に記載の通信制御装置。

【0175】

（付記８）
前記複数の衛星のうちの少なくとも１以上の衛星は、他の中継衛星である、
付記１～付記７の何れか１項に記載の通信制御装置。

【0176】

（付記９）
前記他の機器は、前記中継衛星と無線通信を行う、地球局、及び地上局の少なくとも１つである、
付記２～付記８の何れか１項に記載の通信制御装置。

【0177】

（付記１０）
前記他の機器との間の通信を行う機器用通信機は、光通信機であり、
前記他の機器は、前記中継衛星と光通信を行う、地球局、地上局、衛星、及び他の中継衛星の少なくとも１つである、
付記２～付記８の何れか１項に記載の通信制御装置。

【0178】

（付記１１）
付記１～付記１０の何れか１項に記載の通信制御装置が実行する各処理を含む通信制御方法。

【0179】

（付記１２）
コンピュータを、付記１～付記１０の何れか１項に記載の通信制御装置の各部として機能させるための通信制御プログラム。

【0180】

（付記１３）
複数の衛星と光通信を行う複数の光通信機と、
地上局との間の通信を行う地上用通信機と、
付記１～付記１０の何れか１項に記載の通信制御装置と、
を含む通信制御システム。

【0181】

（付記１４）
付記１３に記載の通信制御システムを搭載した中継衛星。

【0182】

（付記１５）
複数の衛星と、
中継衛星と、
地上局と、
付記１～付記１０の何れか１項に記載の通信制御装置と、
を含む衛星システム。

【符号の説明】

【0183】

１ 衛星システム
２ 中継衛星
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ ユーザ衛星
４ 地上局
１２ 通信制御システム
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ 光通信機
１６ 通信制御装置
１８ 信号切替回路
２０ 高周波無線機
７０ コンピュータ

【要約】      （修正有）

【課題】光通信を用いた中継衛星が複数の衛星と他の機器との間の通信を中継する際に、中継衛星と他の機器との間のデータレートの制限値を満たしつつ、より多くの衛星のデータを中継衛星から他の機器へ送信する通信制御装置、方法、制御プログラム及び衛星通信中継システムを提供する。
【解決手段】衛星システム１において、通信制御装置は、中継衛星２が複数のユーザ衛星３Ａ、３Ｂ、３Ｃと他の機器４との間の通信を中継する際に、複数のユーザ衛星３Ａ、３Ｂ、３Ｃと中継衛星２との間の単位時間当たりの通信量を表すデータレートの総和が、中継衛星２と他の機器４との間のデータレートの制限値以下となるように、中継衛星２と複数のユーザ衛星３Ａ、３Ｂ、３Ｃとの間の光通信を制御する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】