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公開番号2025170968
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-20
出願番号2024075853
出願日2024-05-08
発明の名称宇宙機、地上局及びアンテナ
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類B64G 1/66 20060101AFI20251113BHJP(航空機;飛行;宇宙工学)
要約【課題】素子アンテナ間距離の制約を受けない多層干渉計測法を利用し、所望の空間分解能で電磁波の到来方向を推定可能な宇宙機を提供する。
【解決手段】宇宙機は、電磁波16が不透過な膜に複数のスリット状の開口13が設けられた第1層膜11と、複数の開口を透過して干渉した電磁波を検知する受電素子15が設けられた第2層膜14とを備えるアンテナ部20と、受電素子が検知した電磁波の信号強度から電磁波の到来方向を推定する処理部21と、を備える。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
観測対象の波長を有する電磁波が不透過な膜に複数のスリット状の開口が設けられた第１層膜と、複数の前記開口を透過して干渉した電磁波を検知する受電素子が設けられた第２層膜とを備えるアンテナ部と、
前記受電素子が検知した電磁波の信号強度から電磁波の到来方向を推定する処理部と、を備える宇宙機。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記第２層膜には複数の前記受電素子が設けられ、
前記処理部は、複数の前記受電素子が検知する電磁波の相対的な信号強度に基づき、前記第１層膜に対する電磁波の入射角を推定する宇宙機。
【請求項３】
請求項１において、
前記宇宙機を回転させる回転制御装置を有し、
前記処理部は、前記回転制御装置により前記宇宙機を回転させて前記第１層膜に対する電磁波の入射角を変化させながら検知した前記受電素子の電磁波の信号強度の変化に基づき、前記第１層膜に対する電磁波の入射角を推定する宇宙機。
【請求項４】
請求項１において、
衛星筐体と、
前記衛星筐体から展開される複数の梁と、を有し、
前記第１層膜及び前記第２層膜はそれぞれ前記複数の梁によって伸展される薄膜である、または前記第１層膜は前記複数の梁によって伸展される薄膜であり、かつ前記第２層膜は前記衛星筐体の表面である宇宙機。
【請求項５】
請求項１において、
前記宇宙機の姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記宇宙機を回転させる回転制御装置と、を有し、
前記処理部は前記回転制御装置により前記宇宙機を回転させながら前記姿勢検出装置が検出した衛星姿勢角と推定した前記第１層膜に対する電磁波の入射角から電磁波の到来方向を推定する宇宙機。
【請求項６】
請求項５において、
前記処理部は、前記受電素子が検知した電磁波の信号強度が閾値よりも小さい場合には、前記回転制御装置により前記第１層膜の法線に平行な回転軸を中心に前記宇宙機を回転させる宇宙機。
【請求項７】
請求項５において、
衛星筐体と、
前記衛星筐体から展開される複数の梁と、を有し、
前記梁にはダイポールアンテナが設けられており、
前記処理部は、前記回転制御装置により前記宇宙機を回転させながら一対の前記ダイポールアンテナが受信した電磁波の干渉出力に基づき電磁波の到来方向を推定し、推定した電磁波の到来方向に前記第１層膜を向けるよう前記回転制御装置を制御する宇宙機。
【請求項８】
請求項１において、
前記開口の長手方向と前記受電素子の長手方向とは同じ方向に沿って配置される宇宙機。
【請求項９】
請求項１において、
前記第１層膜に設けられた複数の前記開口には、長手方向の向きの異なる開口を含む宇宙機。
【請求項１０】
請求項１において、
前記第１層膜は、太陽光パネルである宇宙機。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波観測を行う宇宙機、地上局及びアンテナに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
天体観測やリモートセンシングなどの用途に用いられる電磁波観測システムにおいては、電磁波源からの電磁波の到来方向を高精度に把握することが求められる。電波干渉計の１態様であるＶＬＢＩ（Very Long Baseline Interferometry）観測システムに用いられる干渉計計測法（回転干渉計測法と称する）の空間分解能は、素子アンテナ間距離Ｄと観測波長λの関数であり、λ／Ｄ（radian）となる。
【０００３】
さらに、VLBI観測システムの回転干渉計測法の原理を利用して、衛星（宇宙機）単体で電磁波の観測を行う方法も考えられている。宇宙機単体に素子アンテナを配備した例として、特許文献１には、宇宙空間へ輸送されるときには折り畳まれており、宇宙空間において展開される、互いに相対可動とされた複数のパネルを備える宇宙配備用のアンテナシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１５－８０２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
天体位置の決定を目的として開発されたＶＬＢＩ計測では、地上に1000km以上の距離で素子アンテナを配置し、地球の自転を利用してアンテナペアの信号強度の干渉が強まる点を重ね合わせていくことにより、高い空間分解能で電波源探査が実施できる。これに対して、特許文献１のような素子アンテナを搭載した宇宙機単体で、回転干渉計測法により地上からの電波源からの電波の到来方向を特定する場合、素子アンテナ間距離Ｄが宇宙機単体の大きさに依存し、空間分解能が素子アンテナ間距離Ｄの制約を受けるため、空間分解能の自由度が低くなる。そこで、本願発明者らは、宇宙機単体で素子アンテナ間距離Ｄの制約を受けずに電磁波の到来方向を推定可能な多層干渉計測法を新たに見出し、宇宙機への搭載を検討した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施の態様である宇宙機は、観測対象の波長を有する電磁波が不透過な膜に複数のスリット状の開口が設けられた第１層膜と、複数の開口を透過して干渉した電磁波を検知する受電素子が設けられた第２層膜とを備えるアンテナ部と、受電素子が検知した電磁波の信号強度から電磁波の到来方向を推定する処理部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
スリット状の開口と受電素子との位置関係により、所望の空間分解能で電磁波の到来方向を推定可能な宇宙機を提供する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
宇宙機の概略構成図である。
多層干渉計測法について説明するための図である。
多層干渉計測法について説明するための図である。
多層干渉計測法について説明するための図である。
多層干渉計測法について説明するための図である。
電磁波観測システムのブロック図である。
アンテナ部を構成する第１層膜と第２層膜の構成例である。
三角形状の開口の例である。
ソフトウェア無線機の等価回路例である。
プロセッサによる電磁波の到来方向推定処理の機能ブロック図である。
受電素子群に５つの受電素子を含むアンテナ部の構成例である。
各受電素子の信号強度の入射角依存性を示す図である。
プロセッサによる電磁波の到来方向推定処理の機能ブロック図である。
参照受電素子を設けたアンテナ部の構成例である。
入射角の推定方法を説明するための図である。
プロセッサによる電磁波の到来方向推定処理の機能ブロック図である。
プロセッサによる電磁波の到来方向推定処理の機能ブロック図である。
宇宙機の側面図である。
宇宙機の鳥瞰図である。
電磁波観測システムにより電波源方向を推定するフローである。
図１５のフローの説明図である。
回転干渉計測法と多層干渉計測法とを併用して電波源方向を推定するフローである。
変形例１を説明するための図である。
変形例２を説明するための図である。
変形例３を説明するための図である。
電磁波モニタリングシステムの構成例である。
変形例４を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、宇宙機の概略構成を示す。宇宙機１は、宇宙機のおおよその中心を原点に構成される仮想的な正多面体形状を有する立体構造宇宙機である。衛星筐体２には展開式梁（以下、梁）３が内蔵され、宇宙空間において梁３が展開されるとともに、薄膜４が伸展される。薄膜４には例えば、多数のパッチアンテナ５を配置することができる。パッチアンテナ５の位相を同期させることで、指向性の高い送受信アンテナを構成することができる。なお、このような立体構造宇宙機の構造の詳細については、同じ出願人による特願２０２３－１０５９９９号に開示されている。
【００１０】
本実施例の干渉計計測は、宇宙機１が立体構造を有し、多層の膜を備えていることを利用する。例えば、第１層膜を薄膜４、第２層膜を衛星筐体２の表面とすることができる。これにより、必要な膜の数を抑えることが出来る。あるいは、薄膜４が多重に展開される宇宙機であれば、第１層膜を外側（衛星筐体２から遠い方の膜）の薄膜、第２層膜を内側（衛星筐体２に近い方の膜）の薄膜とすることができる。本実施例の干渉計計測は、第１層膜において到来する電磁波の回折波を発生させ、第２層膜に設置したアンテナにより回折波同士の干渉パターンを計測する。電磁波の入射角θに応じて発生する干渉パターンが変化するため、干渉パターンに基づき電磁波の到来方向を推定することができる。本実施例の干渉計計測法を多層干渉計測法と称する。
（【００１１】以降は省略されています）

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