通信控制设备、通信控制方法、通信控制程序、通信控制系统、通信中继卫星和卫星系统

技术领域

本公开内容涉及通信控制设备、通信控制方法、通信控制程序、通信控制系统、通信中继卫星和卫星系统。

背景技术

在远程终端与地面终端之间存在公知的光下行链路系统，所述远程终端包括n个光通信终端(OT1至OTn)，所述地面终端包括n个光学地面基站(OGS1至OGSn)的群集，它们分别通过n个光下行链路信道(DL1至DLn)或n个光上行链路信道(UC1至UCn)连接(例如专利文件1)。光下行链路系统被配置成使得n个光学地面基站(OGS1至OGSn)同步，这是因为由于光学地面基站(OGS1至OGSn)对于n个光下行链路信道的每个信道而言被定位在距彼此特定距离处，从而确保了空间上的分开，并且由于光上行链路信道(UC1至UCn)利用时分复用，从而确保了时间上的分开。这使得能够避免光上行链路信道(UC1至UCn)之间的时间重叠(例如，专利文件1中的权利要求1和8)。

还存在已知的包括多个卫星的星座的自由空间光通信系统(例如专利文件2)。该自由空间光通信系统包括卫星星座，每个卫星包括用于与多个地面站点进行光通信的多个上行链路/下行链路光学望远镜。当给定卫星经过预定地面站点时，给定卫星的上行链路/下行链路望远镜中的一个或更多个追踪所述预定地面站点处的至少两个地面光学望远镜，并且给定卫星发送数据到相对于给定卫星具有最清晰视线的地面光学望远镜(例如，专利文件2中的权利要求1)。

还存在一种已知的移动卫星通信系统，该移动卫星通信系统能够灵活地处理例如通信需求的突然临时增加(例如专利文件3)。在该移动卫星通信系统中，部署有飞行中继站，该飞行中继站在近地轨道通信卫星的通信区域上方几千米至几十千米之间的高度飞行，以对近地轨道通信卫星与地面或海上移动通信终端之间的通信进行中继。飞行中继站包括通过无线电波与移动通信终端通信的功能和通过激光与近地轨道通信卫星通信的功能。在该移动卫星通信系统中，在单个飞行中继站不能处理来自同一通信区域内的多个移动通信终端的通信量增加的情况下，将多个飞行中继站部署在该通信区域上方，使得近地轨道通信卫星与移动通信终端之间的通信在这些多个飞行中继站之间被分割并通过这些多个飞行中继站中继。

注意，专利文件3公开了，为了使近地轨道通信卫星与多个飞行中继站进行并行的同时光通信，可以配备有与可进行处理的飞行中继站的数目相对应的多个用于与多个飞行中继站通信的光学天线(例如专利文件3中的段落[0034])。

引文列表

专利文件

专利文件1：日本专利申请公开(JP-A)第2013-132045号

专利文件2：日本国家阶段公开第2015-524629号

专利文件3：JP-A第2007-13513号

发明内容

技术问题

然而，当设想在外层空间存在多个人造卫星(下文中简称为“卫星”)的情况时，这些多个卫星中的每一个卫星独立地与地面站进行通信是不现实的。因此，如图17所示，可以设想一种情况，即提供通信中继卫星S

在这种情况下，在通信中继卫星S

另一方面，有时在通信中继卫星S

注意，上述问题不限于来自通信中继卫星S

在专利文件1至3的技术中，没有考虑在通信中继卫星与诸如地面站的其他设备之间的数据速率的限制值。例如，尽管专利文件3描述了与多个飞行中继站进行并行的同时光通信的近地轨道通信卫星，但是没有考虑在这些通信中继卫星与其他设备之间的数据速率的限制值。

因此，在传统技术中，当通信中继卫星对在多个卫星与诸如地面站的其他设备之间的通信进行中继时，存在这样的问题，即在满足通信中继卫星与其他设备之间的数据速率的限制值的同时，无法将来自更多可能数目的卫星的数据传输到其他设备。

考虑到上述情况，本公开内容提供了一种通信控制设备、通信控制方法、通信控制程序、通信控制系统、通信中继卫星和卫星系统，当通信中继卫星对在多个卫星与其他设备之间的通信进行中继时，能够在满足通信中继卫星与其他设备之间的数据速率的限制值的同时，将来自更多可能数目的卫星的数据传输到其他设备。

问题的解决方案

本公开内容的第一方面的通信控制设备是被配置成对多个卫星与其他设备之间的通信进行中继的通信控制设备。该通信控制设备包括：多个光通信部分，所述多个光通信部分能够与多个卫星进行并行的光通信；设备通信部分，所述设备通信部分被配置成与其他设备进行通信；设置部分，所述设置部分被配置成：对第一数据速率进行设置，所述第一数据速率是多个卫星与多个光通信部分之间的每单位时间的数据通信速率的限制值的总和；以及对第二数据速率进行设置，所述第二数据速率是通信控制设备与其他设备之间的每单位时间的数据通信速率的限制值；以及控制部分，所述控制部分被配置成对多个光通信部分和设备通信部分进行控制，使得由多个光通信部分以第一数据速率从多个卫星接收到的数据被以第二数据速率并行地中继传送到所述其他设备。

本公开内容的第二方面的通信控制设备是包括控制部分的通信控制设备，所述控制部分被配置成对通信中继卫星与多个卫星之间的通信进行控制，使得当通信中继卫星对多个卫星与其他设备之间的通信进行中继时，表示多个卫星与通信中继卫星之间的每单位时间的通信速率的数据速率的总和不大于通信中继卫星与其他设备之间的数据速率的限制值。

发明的有益效果

本公开内容获得了有益效果，即当通信中继卫星对多个卫星与其他设备之间的通信进行中继时，使得在满足通信中继卫星与其他装备之间的数据速率的限制值的同时，使来自更多可能数目的卫星的数据能够传输到其他设备。

附图说明

图1是示出示例性实施方式的卫星系统的示意性配置的示例的图。

图2是示出第一示例性实施方式和第二示例性实施方式的通信控制系统的示意性配置的示例的图。

图3是用于说明通信时段的示意图。

图4是用于说明通信时段的示意图。

图5是用于说明信号切换电路的示意图。

图6是用于说明信号切换电路的示意图。

图7是用于说明信号切换电路的示意图。

图8A是用于说明信号切换电路的示意图。

图8B是示出在由光通信单元对中继通信单元进行配置的情况下的通信控制系统的配置示例的图。

图8C是示出在多个光通信单元中的光通信单元对中继通信单元进行配置的情况下的通信控制系统的配置的示例的图。

图9是用作通信控制装置的计算机的示意框图。

图10是用于说明由通信控制装置执行的处理的图。

图11是用于说明卫星获取的示意图。

图12是用于说明卫星获取的示意图。

图13是用于说明卫星获取的示意图。

图14是用于说明卫星获取的示意图。

图15是用于说明由通信控制装置执行的处理的图。

图16是用于说明通信的修改示例的图。

图17是用于说明要解决的技术问题的图。

具体实施方式

下面参照附图对示例性实施方式进行详细说明。

第一示例性实施方式的卫星系统

图1是示例性实施方式的卫星系统1的示意图。如图1所示，本示例性实施方式的卫星系统1包括通信中继卫星2、与通信中继卫星2不同的其他卫星3A、3B、3C(下文中简称为“用户卫星”)、以及地面站4，地面站4是地球上的无线通信站。通信中继卫星2和用户卫星3A、3B、3C都是卫星。地面站4是其他设备的示例。安装在地面上的地面站4是进行无线电通信或光通信的地球站的示例。在安装有多个地面站的情况下，地面站4可以是这些地面站的统称。

用户卫星3A、3B、3C中的每一个用户卫星都在外层空间的第一轨道上运行。通信中继卫星2在外层空间的第二轨道上运行。第一轨道和第二轨道相对于地球表面的高度都低于地球同步轨道相对于地球表面的高度(高度为大约36,000km)。注意，地球静止轨道(GEO)是地球同步轨道的一个示例。第二轨道距地球表面的高度高于第一轨道距地球表面的高度。第一轨道例如可以是近地轨道(LEO)。近地轨道的远地点的高度例如可以是距地球表面20km至2,000km的高度。第二轨道例如可以是中地球轨道(MEO)。中地球轨道的远地点的高度例如可以是距离地球表面1,000km至大约360,000km的高度。

多个用户卫星3A、3B、3C中的每一个用户卫星都与通信中继卫星2进行无线通信，并且经由通信中继卫星2与地面站4进行数据通信。通信中继卫星2通过与多个用户卫星3A、3B、3C进行数据通信且同时与地面站4进行并行的数据通信，从而在多个用户卫星3A、3B、3C与地面站4之间实时中继数据通信。地面站4通过诸如因特网的网络5连接至服务器6，并且服务器6经由地面站4接收由用户卫星3A、3B、3C获取的数据。这使得服务器6在位于地面上的同时能够获取由用户卫星3A、3B、3C获取的数据。服务器6还包括操作图1中的卫星系统所需的功能。注意，在提及多个用户卫星3A、3B、3C中的任何一个用户卫星的情况下，该用户卫星都被简称为“用户卫星3”。

图2是示出示例性实施方式的通信控制系统12的配置的详细示例的图。如图2所示，通信控制系统12包括多个光通信单元14A、14B、14C、通信控制装置16、信号切换电路18、数据复用器电路19A、数据解复用器电路19B和高频无线通信单元20。通信控制系统12安装在通信中继卫星2上。注意，在提及多个光通信单元14A、14B、14C中的任何一个光通信单元的情况下，该光通信单元都被简称为“光通信单元14”。注意，用户卫星3的数目不限于图2的示例中的三个，并且可以大于三个。此外，用户卫星3的数目不需要与光通信单元14的数目相同，并且可以大于光通信单元的数目。用户卫星3可以是卫星星座系统的与多个其他卫星协调来实现特定功能或服务的一部分。

光通信单元

如图2中的光通信单元14A所示，光通信单元14A包括光学望远镜140A、光学接收器142A和光学发射器144A。注意，图2中所示的光通信单元14B、14C的配置与光通信单元14A的配置类似。因此，仅对光通信单元14A的配置进行说明。注意，光通信单元是本公开内容的光通信部分的示例。

光学望远镜140A从用户卫星3A、3B、3C接收激光，以及将激光传输到用户卫星3A、3B、3C。注意，光通信单元14A与其进行光通信的用户卫星并不限于用户卫星3A。光通信单元14A还可以与用户卫星3B和用户卫星3C进行光通信。光学望远镜140A包括用作激光的入口点和出口点的孔口(图中未示出)。光学望远镜140A还包括光束转向镜(图中未示出)。光的路径通过光束转向镜进行调整。

光学望远镜140A通过光束转向镜将从另外的卫星接收到的激光输出至光学接收器142A。光学望远镜140A还通过光束转向镜将从以下描述的光学发射器144A输出的激光输出至另外的卫星。

光学接收器142A通过对从光学望远镜140A输出的激光进行光学解调来获取与由光学望远镜140A接收到的激光相对应的数字电信号。然后，光接收器142A将数字电信号输出至稍后描述的高频无线通信单元20。

光学发射器144A通过对从稍后描述的高频无线通信单元20输出的数字电信号进行光学调制来获取与数字电信号相对应的激光。然后，光学发射器144A将激光输出至光学望远镜140A。

通信控制装置

如图2所示，通信控制装置16包括设置部分160和控制部分162。

通信中继卫星2向地面站4传送数据时的数据速率受到物理限制。具体地，通信中继卫星2向地面站4传送数据时的数据速率必须不大于预定的限制值。因此，即使通信中继卫星2从多个用户卫星3A、3B、3C中的每一个用户卫星并行地接收数据，通信中继卫星也不能总是在特定时间段内将该数据传送到地面站4。

另一方面，在通信中继卫星2与地面站4之间的通信线路相对于数据速率限制值具有备用容量的情况下，有时可以在特定时间段内将从两个或更多个用户卫星3传输的数据传送到地面站4。在这种情况下，如果用于进行从通信中继卫星2到地面站4的数据的中继传输的目标仅限于单个用户卫星3和单个光通信单元14，则通信中继卫星2与地面站4之间的通信线路将具有较低的利用率，这将不是最佳的。

此外，如果将进行数据中继传送到地面站4的光通信单元14的数目限制于例如与用户卫星3A通信的单个光通信单元14，则其他用户卫星3B、3C将无法向地面站4传输数据，直到用户卫星3A与通信中继卫星2之间的通信完成。

为了解决这个问题，本示例性实施方式的通信控制装置16对多个光通信单元14A、14B、14C与多个用户卫星3A、3B、3C之间的通信进行控制，使得当通信中继卫星2对多个用户卫星3A、3B、3C与地面站4之间的通信中继时，多个用户卫星3A、3B、3C与多个光通信单元14A、14B、14C之间的数据速率的总和不大于高频无线通信单元20与地面站4之间的数据速率的限制值。具体地，本示例性实施方式的通信控制装置16对通信进行控制，使得：当从多个用户卫星3A、3B、3C传输的数据被多个光通信单元14A、14B、14C接收到时，多个用户卫星3A、3B、3C与多个光通信单元14A、14B、14C之间的数据速率的总和不大于高频无线通信单元20与地面站4之间的数据速率的限制值。

更具体地，首先，通信控制装置16对用于与通信中继卫星2同时地或并行地进行光通信的用户卫星3的数目进行设置，以不超过通信中继卫星2与地面站4之间的数据速率的限制值。然后，通信控制装置16对各个设备进行控制，使得从光通信目标用户卫星3接收到的数据在进行光通信以接收来自光目标用户卫星3的数据的时间段内被传输到地面站4。

详细说明如下。

考虑一种情况，其中安装到通信中继卫星2的光通信单元的总数目为N

[数学式1]

R

通过下面的公式(2)来对用于进行同时光通信的光通信单元的最大数目N

[数学式2]

当N

[数学式3]

例如，考虑根据公式(2)将进行同时光通信的光通信单元的最大数目计算为N

作为另一示例，考虑根据公式(2)将进行同时光通信的光通信单元的最大数目计算为N

由于根据公式(2)对进行同时光通信的光通信单元的最大数目N

注意，通信控制装置16还进行控制，使得在单个光通信单元14与单个用户卫星3之间开始每个光通信的定时相互偏移了根据下面的公式(4)计算的时间跨度T

[数学式4]

图3是安装在通信中继卫星2上的光通信单元的数目为3(即N

如图3所示，通信中继卫星2的高频无线通信单元20向地面站4传送数据与光通信单元14从用户卫星3接收数据并行地进行，以便实时中继数据。即，当在通信时间跨度T

例如，如图3所示，由光通信单元14A在定时t0至定时t1之间接收到的来自用户卫星3的数据开始由高频无线通信单元20在定时t0至定时t1之间传送到地面站4。此外，由光通信单元14B在定时t1至定时t2之间接收到的来自用户卫星3的数据开始由高频无线通信单元20在定时t1至定时t2之间传送到地面站4。此外，由光通信单元14C在定时t2至定时t3之间接收到的来自用户卫星3的数据开始由高频无线通信单元20在定时t2至定时t3之间传送到地面站4。注意，在光通信单元14接收数据的时间段和高频无线通信单元20开始将数据传送到地面站4的定时之间存在轻微延迟。此外，光通信单元14与其进行光通信的用户卫星3并不固定。例如，光通信单元14A与其进行光通信的用户卫星3不固定为用户卫星3A。例如，光通信单元14A还可以与用户卫星3B或用户卫星3C进行光通信。光通信单元14A可以例如在定时t0至定时t1之间与第一用户卫星进行光通信，并且在定时t3至定时t4之间与第二用户卫星进行光通信。

图4是在将进行同时光通信的光通信单元的最大数目计算为Nop＝2的情况下的控制序列的示例。在图4所示的示例中，由于进行光通信的光学通信单元的数目是N

例如，如图4所示，由光通信单元14A在定时t0至定时t1之间接收到的来自用户卫星3的数据、以及由光通信单元14C在定时t0至定时t1期间接收到的来自用户卫星3的数据都由高频无线通信单元20在定时t0至定时t1之间传送到地面站4。此外，由光通信单元14A在定时t1至定时t2之间接收到的来自用户卫星3的数据、以及由光通信单元14B在定时t1至定时t2之间接收到的来自用户卫星3的数据都由高频无线通信单元20在定时t1至定时t2之间传送到地面站4。此外，由光通信单元14B在定时t2至定时t3之间接收到的来自用户卫星3的数据、以及由光通信单元14C在定时t2至定时t3之间接收到的来自用户卫星3的数据都由高频无线通信单元20在定时t2至定时t3之间传送到地面站4。

注意，在将进行同时光通信的光通信单元的最大数目计算为N

设置部分160对第一数据速率进行设置，所述第一数据速率是在多个用户卫星3A、3B、3C与多个光通信单元14A、14B、14C之间的每单位时间的数据通信速率的限制值R

首先，设置部分160，基于光通信单元14的数据速率的限制值R

接下来，设置部分160，基于光通信单元14与用户卫星3建立通信线路所需的时间跨度X

接下来，设置部分160，基于通信时间跨度T

控制部分162对多个光通信单元14A、14B、14C和稍后描述的高频无线通信单元20进行控制，使得将由多个光通信单元14A、14B、14C以第一数据速率接收到的来自多个用户卫星3A、3B、3C的数据以第二数据速率并行中继传送到地面站4。因此，对N

注意，在同时进行光通信的光通信单元的最大数目被计算为N

控制部分162通过输出控制信号来对多个光通信单元14A、14B、14C的光通信进行控制，以实现对多个光通信单元14A、14B、14C的上述控制处理和对以下描述的信号切换电路18的控制处理。

信号切换电路

信号切换电路18响应于从通信控制装置16输出的控制信号，在多个光通信单元14A、14B、14C之间切换信号路径，并且在多个光通信单元14A、14B和14C与稍后描述的高频无线通信单元20之间切换信号路径。

图5至图8A是用于说明信号切换电路18的示意图。信号切换电路18通过响应于由通信控制装置16输出的控制信号来改变其内部电路路径，来切换电信号路径。多个光通信单元14A、14B、14C与稍后描述的高频无线通信单元20之间的信号路径因此而被切换。例如，如图5所示，信号切换电路18可以设置内部电路路径，并切换信号路径，使得光通信单元14A和光通信单元14B与高频无线通信单元20电连接。注意，在图5所示的示例中，数据由数据复用器电路19A进行复用，并且复用的数据由数据解复用器电路19B进行解复用，使得光通信单元14A和光通信单元14B能够彼此并行地进行同时通信。

替选地，如图6所示，信号切换电路18可以切换信号路径，使得光通信单元14A和光通信单元14C与高频无线通信单元20电连接。注意，在图6所示的示例中，数据由数据复用器电路19A进行复用，并且复用的数据由数据解复用器电路19B进行解复用，使得光通信单元14A和光通信单元14C能够彼此并行地进行同时通信。

替选地，如图7所示，信号切换电路18可以切换信号路径，使得光通信单元14A、光通信单元14B和光通信单元14C与高频无线通信单元20电连接。注意，在图7所示的示例中，数据由数据复用器电路19A进行复用，并且复用的数据由数据解复用器电路19B进行解复用，使得光通信单元14A、光通信单元14B和光通信单元14C能够彼此并行地进行同时通信。

替选地，如图8A所示，信号切换电路18可以切换信号路径，使得光通信单元14A和光通信单元14B彼此电连接。注意，图8A中的示例是通信中继卫星2中继用户卫星之间的数据通信的情况的示例。例如，可以设想如下一种情况：在光通信单元14A与用户卫星3A之间进行光通信并且在光通信单元14B与用户卫星3B之间也进行光通信。在这种情况下，如图8A所示，光通信单元14A从用户卫星3A接收数据，并且该数据经由光通信单元14B传送到用户卫星3B。此外，光通信单元14B从用户卫星3B接收数据，并且该数据经由光通信单元14A传送到用户卫星3A。通信中继卫星2能够以这种方式中继用户卫星之间的数据通信。

数据复用器电路和数据解复用器电路

如图5至图8A所示，数据复用器电路19A对数据进行复用，以便通过多个光通信单元实现光通信。如图5至图8A所示，数据解复用器电路19B对复用的数据进行解复用，以便通过多个光通信单元实现光通信。

高频无线通信单元

图5至图8A中所示的高频无线通信单元20是中继通信单元的示例，该中继通信单元使通信中继卫星2能够与地面站4进行通信，等等。注意，中继通信单元是本公开内容的设备通信部分的示例。高频无线通信单元20包括高频调制器电路200、高频传输天线201(参见图2：图5至图8A中未示出)、高频发射器202、高频接收天线203(参见图2：图5至图8A中未示出)、高频接收器204，以及高频解调器电路206。高频无线通信单元20对由多个光通信单元14A、14B、14C获取的数据进行调制，并将该数据传输到地面站4。高频无线通信单元20还对从地面站4传输的数据进行解调，并将该数据传递至多个光通信单元14A、14B、14C。

高频调制器电路200对从光通信单元14输出的数字电信号进行调制，并将其输出到高频发射器202。

高频发射器202将由高频调制器电路200调制的信号转换为高频信号，并放大该信号。

高频发射天线201朝向地面站4发射由高频发射器202输出的高频。

高频接收天线203接收由地面站4发射的高频。

高频接收器204从由高频接收天线203接收到的高频中提取调制信号并输出该调制信号。

高频解调器电路206对由高频接收器204输出的调制信号进行解调，并将其转换为数字电信号。

注意，尽管在本示例性实施方式中，将高频无线通信单元20用作中继通信单元的示例的情况描述为示例，但也可以将光通信单元用作与地面站4进行无线通信的中继通信单元。在由光通信单元配置中继通信单元的情况下，在通信中继卫星2与地面站4之间进行光通信。在这种情况下，在多个用户卫星3A、3B、3C与多个光通信单元14之间并行地进行数据通信，由多个光通信单元14中的每个光通信单元接收到的数据被复用，并且在用作中继通信单元的光通信单元与地面站4之间进行光通信。

图8B示出了由光通信单元配置成中继通信单元的情况下的通信控制系统的配置示例。在图8B的情况下，例如，由数据复用器电路19A对由光通信单元14A接收到的来自用户卫星3A的数据和由光通信单元14B接收到的来自用户卫星3B的数据进行复用。然后，中继光通信单元21的光学发射器201和光学望远镜203使用光通信将由数据复用器电路19A复用的数据传送到地面站4。

此外，中继光通信单元21的光学望远镜205和光学接收器207使用光通信接收从地面站4传送的数据。数据解复用器电路19B对从地面站4传送的数据进行解复用。然后，例如，光通信单元14A和光通信单元14B可以将已经由数据解复用器电路19B解复用的数据分别传送到用户卫星3A和用户卫星3B。

注意，与地面站4进行数据通信的中继通信单元可以由多个光通信单元14中的至少一个光通信设备配置。图8C示出了在多个光通信单元14A、14B、14C中的光通信单元14C配置成中继通信单元的情况下的通信控制系统的配置的示例。在图8C的情况下，光通信单元14C用作中继通信单元，因此在配置中继通信单元的光通信单元14C与地面站4之间进行光通信。注意，在图8C的情况下，由于多个光通信单元14A、14B、14C中的光通信单元14C配置成了中继通信单元，因此用于与用户卫星3进行数据通信的光通信单元的数目减少了一个。因此，在图8C的情况下，在并行地进行多个用户卫星3与多个光通信单元14之间的数据通信的情况中，需要从光通信单元的总数目中减去1以获得公式(3)中的N

通信控制系统12的通信控制装置16可以例如由诸如图9所示的计算机70实现。计算机70包括中央处理单元(CPU)71、用作临时存储区域的存储器72和非易失性存储部分73。计算机70还包括输入/输出接口(I/F)74和读/写(R/W)部分75，输入/输出装置等(图中未示出)连接至该输入/输出接口(I/F)74，读/写(R/W)部分75对关于记录介质的数据的读和写进行控制。计算机70还包括网络接口(I/F)76，网络接口(I/F)76使得通信控制系统12能够连接至诸如因特网的地面通信系统。CPU 71、存储器72、存储部分73、输入/输出I/F 74、R/W部分75和网络I/F 76通过总线77彼此连接。

存储部分73可以由硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、闪存等实现。用于使计算机70工作的程序存储在用作存储介质的存储部分73中。CPU 71从存储部分73读取程序，在存储器72中扩展程序，并顺序地执行包括在程序中的处理。

由程序实现的功能可以例如通过诸如专用集成电路(ASIC)的半导体集成电路来实现。

此外，通信控制系统12中包括的各个设备可以由图9所示的计算机70实现。

通信控制系统12的操作

接下来，对本示例性实施方式的通信控制系统12的操作进行说明。当通信控制系统12启动并接收到指令信号时，通信控制装置16进行图10所示的通信控制处理例程，该指令信号指示多个用户卫星3A、3B、3C与通信中继卫星2之间的光通信的开始。

在步骤S100，设置部分160，基于光通信单元14的数据速率的限制值R

在步骤S102中，设置部分160，基于光通信单元14与用户卫星3建立通信线路所需的时间跨度X

在步骤S104中，设置部分160，基于在步骤S102中设置的通信时间跨度T

在步骤S106，控制部分162，基于在步骤S102设置的通信时间跨度T

具体地，控制部分162进行控制，使得用作第一卫星的示例的用户卫星3A与用作第一光通信单元的示例的光通信单元14A之间的通信时间跨度是通信时间跨度T

这使得当通信中继卫星2对多个用户卫星3A、3B、3C与地面站4之间的通信进行中继时，在满足通信中继卫星2与地面站4之间的数据速率的限制值的同时，能够将来自更多数目的用户卫星3的数据传输到地面站4。

如上所述，根据第一示例性实施方式的通信控制系统12的通信控制装置16对通信中继卫星与多个用户卫星之间的通信进行控制，使得当通信中继卫星对多个卫星与地面站之间的通信进行中继时，表示多个用户卫星与通信中继卫星之间的每单位时间的通信速率的数据速率的总和不大于通信中继卫星与地面站之间的数据速率的限制值。这使得当通信中继卫星对多个用户卫星与地面站之间的通信进行中继时，在满足通信中继卫星与地面站之间的数据速率的限制值的同时，能够将来自更多数目的用户卫星的数据传输到地面站。

此外，增加进行同时通信的用户卫星的数目使得能够提高通信中继卫星与地面站之间的通信线路的利用率。

第二示例性实施方式的卫星系统

接下来，关于第二示例性实施方式进行说明。注意，第二示例性实施方式的卫星系统和通信控制系统的配置与第一示例性实施方式的配置类似，因此分配了相同的附图标记并省略了其说明。

第二示例性实施方式的通信控制系统与第一示例性实施方式的不同之处在于，通信中继卫星2基于获取时间跨度X来对X

如公式(3)所示，用户卫星3与光通信单元14之间的通信时间跨度T

第二示例性实施方式的通信控制系统对获取时间跨度X进行计算，所述获取时间跨度X表示光通信单元14获取用户卫星3所需的时间跨度，这包括在在用户卫星3与光通信单元14之间建立通信线路所需的时间跨度X

在用户卫星3与光通信单元14之间建立通信线路时，所需的大多数时间是获取时间跨度X，在获取时间跨度X期间，光通信单元14获取用户卫星3。因此，第二示例性实施方式的通信控制系统对该获取时间跨度进行计算，并响应于该获取时间跨度X而对通信时间跨度T

以下进行详细说明。

注意，在第二示例性实施方式中，下面关于其中通信中继卫星2是发射信标激光信号的卫星并且用户卫星3是接收信标激光信号的情况的示例进行说明。因此，下面关于其中通信中继卫星2获取作为其通信伙伴的该用户卫星3的情况的示例进行说明。

首先，通信中继卫星2的通信控制装置16的设置部分160对作为光通信单元14的通信目标的用户卫星3可能存在的不确定区域进行计算。具体地，设置部分160，基于计算出的用户卫星3的轨道、关于用户卫星3的轨道的预测误差、用户卫星3的姿态确定精度信息、姿态控制精度等，使用已知方法，来对用户卫星3可能存在的不确定区域进行计算。注意，基于计算出的用户卫星3的轨道、用户卫星3的轨道的预测误差、用户卫星3的姿态确定精度、姿态控制精度等，来对用户卫星3可能存在的位置进行预测。

图11至图13是用于说明由通信中继卫星2对用户卫星3进行获取的图。如下所述，由通信中继卫星2对用户卫星进行获取由卫星追踪步骤、通信中继卫星2对用户卫星3的粗略获取步骤、用户卫星3对通信中继卫星2的粗略获取步骤、以及精细获取步骤构成。注意，图11至图13所示的获取方法是螺旋式扫描法。在第二示例性实施方式中，下面关于该螺旋式扫描方法配置卫星获取方法的情况的示例进行说明。

卫星追踪步骤

首先，设置部分160，基于计算出的用户卫星3的轨道结果、用户卫星3的轨道的预测误差、用户卫星3的姿态精度、姿态控制精度等，使用已知方法，来对用户卫星3可能存在的不确定区域F进行计算，如图11所示。

通信中继卫星2对用户卫星3的粗略获取步骤

接下来，控制部分162进行控制，以便将光通信单元14的光学望远镜指向由设置部分160设置的不确定区域F的方向，并且进行控制，使得从光通信单元14输出信标激光信号L

接下来，如图12所示，安装在用户卫星3上的光接收传感器(图中未示出)接收信标激光信号L

用户卫星3对通信中继卫星2的粗略获取步骤

接下来，如图13所示，用户卫星3沿识别出的通信中继卫星2的方向发射信标激光信号L

精细获取步骤

接下来，通信中继卫星2的通信控制装置16的控制部分162进行控制，以停止从光通信单元14发射信标激光信号L

然后通信中继卫星2和用户卫星3采用已知的技术，通过调整指向机构(图中未示出)，诸如粗指向机构和细指向(机构或反射镜)，来抑制可能影响卫星本身和卫星间光通信线路振动的外部干扰，以实现稳定追踪。

接下来，下面关于当采用螺旋式扫描方法时计算获取时间跨度X的方法的示例进行说明。

如图11所示，在螺旋式扫描方法中，信标激光信号L

[数学式5]

图14示出了从M方向观察的图11中的信号光L

为了使信标激光信号的光束的轨迹覆盖整个不确定区域F，需要满足以下公式(6)。注意，以下公式中的θ

[数学式6]

如图11所示，在不确定区域F的大小为θ

[数学式7]

公式(8)给出了用于设置时间间隔Δt的方法示例。注意，L表示通信中继卫星2与用户卫星3之间的通信距离，c表示光速，t

[数学式8]

注意，螺旋式扫描方法的计算式(5)至(8)在以下引用的参考文件中描述。

引用的参考文件

“多层卫星网络中卫星光通信的无信标获取追踪和指向方案，陈伟奇、张琦、辛向军、田庆华、陶颖、沈宇飞、曹桂星、丁瑞和张一凡，论文集SPIE 11023，第五届新型光电检测技术与应用研讨会，110231E(2019年3月12日)；https://doi.org/10.1117/12.2521600("Beaconless acquisitiontracking and pointing scheme of satellite opticalcommunication inmulti-layer satellite networks"by Weiqi Chen,Qi Zhang,Xiangjun Xin,Qinghua Tian,Ying Tao,Yufei Shen,Guixing Cao,Rui Ding,andYifanZhang in Proceedings SPIE 11023,Fifth Symposium on NovelOptoelectronicDetection Technology and Application,110231E(March 12,

2019)；https://doi.org/10.1117/12.2521600)”。

以此方式，第二示例性实施方式的设置部分160对信标激光信号L

第二示例性实施方式的设置部分160还对响应于用户卫星3接收到信标激光信号L

第二示例性实施方式的设置部分160还对响应于通信中继卫星2接收到信标激光信号L

然后，第二示例性实施方式的设置部分160将获取时间跨度X计算为第一时间跨度、第二时间跨度和第三时间跨度的总和。

注意，在第二示例性实施方式中，第一时间跨度对应于公式(7)中得出的扫描时间跨度t

因此，第二示例性实施方式的设置部分160，首先基于光速c、通信中继卫星2与用户卫星3之间的通信距离L、用于扫描信标激光信号的转向镜的带宽F、以及通信中继卫星2中包括的光接收传感器的响应时间t

接下来，第二示例性实施方式的设置部分160，基于计算出的时间间隔Δt、由发射的信标激光信号的时间序列形成的螺旋的视角θ

第二示例性实施方式的设置部分160还基于用户卫星3可能存在的位置等来对第二时间跨度和第三时间跨度进行计算。注意，关于在给定定时用户卫星3可能存在的位置等的信息可以由地面站4等预先传输到通信中继卫星2。

第二示例性实施方式的设置部分160对获取时间跨度X进行设置，作为光通信单元14与用户卫星3建立通信线所需的时间跨度X

通信控制系统12的操作

接下来，关于第二示例性实施方式的通信控制系统12的操作进行说明。当通信控制系统12启动并接收到指令信号时，通信控制装置16进行图15所示的获取时间跨度设置处理例程，该指令信号指示多个用户卫星3A、3B、3C与通信中继卫星2之间的光通信的开始。

在步骤S200中，设置部分160对不确定区域F进行识别，在不确定区域F中可能存在作为光通信单元14的通信目标的用户卫星3。

在步骤S202，设置部分160对时间间隔Δt进行计算，该时间间隔Δt表示当使用螺旋式扫描方法在不确定区域F内扫描信标激光信号以获取用户卫星3时信标激光信号的发射之间的时间间隔。具体地，设置部分160，基于光速c、通信中继卫星2与用户卫星3之间的通信距离L、用于扫描信标激光信号的转向镜的带宽F、以及包括在通信中继卫星2中的光接收传感器的响应时间t

在步骤S204，设置部分160，基于在步骤S202计算出的时间间隔Δt、由发射的信标激光信号的时间序列形成的螺旋的视角θ

在步骤S205，设置部分160基于用户卫星3可能存在的位置等来对第二时间跨度和第三时间跨度进行计算。

在步骤S206，设置部分160对在步骤S204计算出的计算扫描时间跨度t

在完成图15所示的获取时间跨度设置处理例程的执行时，通信控制装置16执行图10所示的通信控制处理例程。当在该处理期间根据公式(3)对通信时间跨度T

由于第二示例性实施方式的卫星系统和通信控制系统的其他配置和操作与第一示例性实施方式的卫星系统和通信控制系统的其他配置和操作类似，因此省略其说明。

如上所述，根据第二示例性实施方式的通信控制系统12的通信控制装置16对信标激光信号L

注意，通信控制装置16对其中作为光通信单元的通信目标的用户卫星3可能存在的不确定区域进行识别。通信控制装置16还基于针对使用螺旋式扫描方法在不确定区域内扫描信标激光信号以获取用户卫星时计算出的时间间隔Δt(所述时间间隔Δt表示信标激光信号的发射之间的时间间隔)、由发射的信标激光信号的时间序列形成的螺旋的视角θ

不确定区域F的大小是在给定时间点用户卫星3可能存在的范围，并在考虑到用户卫星3进行光通信的轨道的预测精度、姿态控制精度、光通信单元的特性等情况下进行决定。不确定区域F的实际精度取决于整个系统，因此根据用户卫星3而不同。因此，考虑到较差的精度、误差等，不确定区域F可以在实际操作的初始点被设置为大区域。然后，随着操作的进行，可以预期光通信单元14的特性和获取用户卫星3的精度会提高，因此不确定区域F的大小可以减少。

替选地，通信中继卫星2可以连续地记录用于用户卫星3进行光通信的获取时间跨度X，从而在规划下一次通信时，通信中继卫星2可以，通过更新用户卫星3可能存在的不确定区域F，考虑到用户卫星3过去存在并被获取的位置与用户卫星3的预测位置之间的差异，来减少预测的获取时间跨度X。在这种情况下，可以增加每单位时间内与用户卫星3的通信次数。

注意，本公开内容不限于上述示例性实施方式，并且可以在不背离本发明精神的范围内应用各种修改。

例如，在上述示例性实施方式中，已经描述了一些示例：通信控制装置16对多个光通信单元14A、14B、14C进行控制，使得当光通信单元14从作为光通信目标的用户卫星3接收到数据时，将接收到的数据从通信中继卫星2并行地传输到地面站4。然而，并不限于此。例如，通信控制装置16可以将从用户卫星3接收到的数据暂时存储在存储部分中。例如，在从多个用户卫星3接收到的数据速率的总速率超过通信中继卫星2与地面站4之间的通信线路的数据速率限制值的情况下，通信控制装置16可以将从多个用户卫星3接收到的数据暂时存储在存储部分中。替选地，例如，在不满足公式(1)的情况下，通信控制装置16可以将从用户卫星3接收到的数据暂时存储在存储部分中。然后，当在通信中继卫星2与地面站4之间的通信线路有备用容量时，通信控制装置16可以将存储在存储部分中的数据传输到地面站4。

此外，在上述示例性实施方式中，已经描述了用户卫星3与光通信单元14之间的通信线路的数据速率限制值是统一R

注意，尽管在上述示例性实施方式中描述了仅存在一个高频无线通信单元的示例，所述高频无线通信单元是中继通信单元的示例，但并不限于此。可以提供作为中继通信单元的示例的多个高频无线通信单元。此外，中继通信单元可以是如上所述的光通信单元。

此外，在上述示例性实施方式中，描述了通信控制装置16的设置部分160对各种数据等进行设置，并且控制部分162进行各种控制以基于由设置部分160设置的数据来进行光通信单元14的通信的控制序列的示例，但不限于此。例如，由地面服务器6决定的光通信单元14和中继通信单元的控制序列信息可以经由地面站4或连接至地面站4的服务器6预先传输到通信中继卫星2和用户卫星3的操作人员。然后，通信中继卫星2的通信控制装置16可以基于接收到的控制序列信息来执行图10或图15中的各种设置和控制。在这种情况下，控制序列信息可以基于调度信息来决定，该调度信息规定了通信中继卫星2与用户卫星3之间的光通信的定时，并且由通信中继卫星2的操作人员基于从用户卫星3的操作人员获得的信息，例如用户卫星3的位置信息来进行计算。

此外，在上述示例性实施方式中，已经描述了根据公式(3)来对通信时间跨度T

尽管在第二示例性实施方式中描述了采用螺旋式扫描方法作为获取卫星的方法的示例，但并不限于此。可以采用另一种方法作为获取卫星的方法。注意，在这种情况下，通过对第二示例性实施方式中计算出的各个时间跨度中的至少第一时间跨度和第二时间跨度进行计算，可以对获取时间跨度X进行计算，所述获取时间跨度X表示通信中继卫星2(或光通信单元14)获取用户卫星3所需的时间。

因此，例如，通信控制装置16可以，响应于由通信中继卫星2输出的第一信标激光信号L

替选地，例如，通信控制装置16可以，响应于由用户卫星3输出的第一信标激光信号L

尽管在上述示例性实施方式中描述了多个卫星是用户卫星的示例，但并不限于此。例如，多个卫星中的至少一个卫星可以是另外的通信中继卫星。

尽管在上述示例性实施方式中描述了通信中继卫星2对多个用户卫星3与地面站4之间的通信进行中继的示例，但并不限于此。可以使用与通信中继卫星进行无线通信的另外的地球站(例如，在地面上或在地球大气中建立的可以移动的无线站)来代替地面站4。在这种情况下，通信中继卫星2对多个用户卫星3与地球站之间的通信进行中继。例如，采用建立在平流层中的地球站具有这样的优点，即可以稳定地确保从通信中继卫星2到地球站的光通信的时间跨度，而不受地面上的通信环境(例如天气)的影响。替选地，也可以使用另外的用户卫星或另外的通信中继卫星来代替地面站4。在这种情况下，通信中继卫星2对多个用户卫星3与其他用户卫星或者其他通信中继星之间的通信进行中继。注意，该通信可以通过光通信进行，在这种情况下，中继通信单元是光通信单元。

在本说明书中，已经描述了在计算机70的存储部分73中预先安装有程序的示例性实施方式。然而，该程序可以被提供为存储在计算机可读记录介质中。例如，可以以存储在非暂态存储介质上的格式来提供程序，所述非暂态存储介质诸如光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用盘只读存储器(DVD-ROM)或通用串行总线(USB)存储器。替选地，可以以可通过网络从外部装置下载的格式提供程序。

注意，在上述示例性实施方式中由CPU读取和执行软件(程序)所执行的各种处理可以由CPU以外的各种类型的处理器执行。这种处理器包括允许在制造后修改电路配置的可编程逻辑器件(PLD)，例如现场可编程门阵列(FPGA)，以及专用电路，这些是包括为执行特定处理而定制设计的电路配置的处理器，如特定应用集成电路(ASIC)。替选地，也可以采用通用图形处理单元(GPGPU)作为处理器。相应的处理可以由这些不同类型的处理器中的任何一个执行，或由两个或更多个相同类型或不同类型的处理器(如多个FPGA，或者CPU和FPGA的组合)的组合。这些各种类型的处理器的硬件结构更具体地是结合了诸如半导体元件的电路元件的电路。

此外，示例性实施方式的各个处理可以由计算机、服务器等配置，包括一般计算处理装置、存储装置等，并通过程序执行。这样的程序可以存储在存储装置中，记录在诸如磁光盘、光盘或半导体存储器等记录介质上，或通过网络提供。显然，其他各种配置元素不一定要由一台计算机或服务器来实现，也可以由通过网络连接在一起的多台独立的计算机共享和实现。

2020年11月13日提交的日本专利申请第2020-189818号和2021年7月21日提交的日本专利申请第2021-121038号的公开内容通过引用全部并入本说明书。本说明书中提及的所有引用文件、专利申请和技术标准通过引用并入本说明书，其程度与每个单独引用的文件、专利申请或技术标准被具体和单独地指示通过引用并入的程度相同。

注意，在上述示例性实施方式中，未采用“仅”例如“仅基于…”、“仅响应…”和“仅在…情况下”的情况设想了在本说明书中也可以考虑附加信息。作为一个示例，除了所描述的情况之外，“在A发生的情况下，执行B”并不一定意味着A发生时总是进行B。

在任何方法、程序、终端、装置、服务器或系统(下文中称为“方法等”)中，即使存在与本说明书中描述的操作不同的操作方面，本文公开的技术的各个方面也适用于与本说明书所描述的操作相同的任何操作，并且存在与本说明书中描述的操作不同的操作并不意味着该方法等在本文公开的技术的各个方面的范围之外。

以下公开了补充内容。

补充1

一种通信控制设备，所述通信控制设备包括：

控制部分，所述控制部分被配置成对通信中继卫星与多个卫星之间的通信进行控制，使得当所述通信中继卫星对所述多个卫星与其他设备之间的通信进行中继时，表示所述多个卫星与所述通信中继卫星之间的每单位时间的通信速率的数据速率的总和不大于所述通信中继卫星与所述其他设备之间的数据速率的限制值。

补充2

根据补充1所述的通信控制设备，其中：

所述通信中继卫星包括：与所述多个卫星进行光通信的多个光通信单元；以及与所述其他设备进行通信的设备通信单元；以及

所述控制部分对所述多个光通信单元与所述多个卫星之间的通信进行控制，使得所述多个卫星与所述多个光通信单元之间的数据速率的总和不大于所述设备通信单元与其他设备之间的数据速率的限制值。

补充3

根据补充2所述的通信控制设备，所述通信控制设备还包括：

设置部分，所述设置部分被配置成：基于所述卫星中的一个卫星与所述光通信单元中的一个光通信单元之间的通信线路的数据速率的限制值R

所述控制部分被配置成对N

[数学式9]

补充4

根据补充3所述的通信控制设备，其中：

所述设置部分还被配置成：

在所述光通信单元的数目N

基于所述通信时间跨度T

所述控制部分被配置成：

基于所述通信时间跨度T

进行控制，使得：当自所述第一卫星和所述第一光通信单元之间的通信开始起已经过所述控制时间跨度T

[数学式10]

[数学式11]

补充5

根据补充4所述的通信控制设备，其中：

表示所述光通信单元中的一个光通信单元获取所述卫星中的一个卫星所需的时间跨度的获取时间跨度X包括在建立所述一个卫星与所述一个光通信单元之间的通信线路所需的时间跨度X

所述设置部分被配置成：响应于包括所述获取时间跨度X的时间跨度X

补充6

根据补充5所述的通信控制设备，其中，所述设置部分被配置成：

响应于，从所述通信中继卫星输出的第一信标激光信号被所述卫星中的一个卫星接收到所需的第一时间跨度以及所述一个卫星响应于所述第一信标激光信号被所述一个卫星接收到而输出的第二信标激光信号被所述通信中继卫星接收到所需的第二时间跨度，来对所述获取时间跨度X进行计算；以及

响应于包括获取时间跨度X的所述时间跨度X

补充7

根据补充5所述的通信控制设备，其中，所述设置部分被配置成：

响应于，从所述卫星中的一个卫星输出的第一信标激光信号被所述通信中继卫星接收到所需的第一时间跨度以及所述通信中继卫星响应于所述第一信标激光信号被所述通信中继卫星接收到而输出的第二信标激光信号被所述一个卫星接收到所需的第二时间跨度，对获取时间跨度X进行计算；以及

响应于包括获取时间跨度X的时间跨度X

补充8

根据补充1至7中任一项所述的通信控制设备，其中，所述多个卫星中的至少一个卫星是另外的通信中继卫星。

补充9

根据补充2至8中任一项所述的通信控制设备，其中，所述其他设备是被配置成与所述通信中继卫星进行无线通信的地球站或地面站中的至少一者。

补充10

根据补充2至8中任一项所述的通信控制设备，其中：

被配置成与所述其他设备进行通信的设备通信单元是光通信单元；以及

所述其他设备是被配置成与所述通信中继卫星进行光通信的地球站、地面站、卫星或另外的通信中继卫星中的至少一者。

补充11

一种通信控制方法，所述通信控制方法包括由根据补充1至10中任一项所述的通信控制设备执行的各个处理。

补充12

一种通信控制程序，所述通信控制程序用于使计算机用作根据补充1至10中任一项所述的通信控制设备的各个部分。

补充13

一种通信控制系统，所述通信控制系统包括：

多个光通信单元，所述多个光通信单元被配置成与多个卫星进行光通信；

地面通信单元，所述地面通信单元被配置成与地面站通信；以及

根据补充1至10中任一项所述的通信控制设备。

补充14

一种通信中继卫星，所述通信中继卫星安装有根据补充13所述的通信控制系统。

补充15

一种卫星系统，所述卫星系统包括：

多个卫星；

通信中继卫星；

地面站；以及

根据补充1至10中任一项所述的通信控制设备。

[附图标记列表]

1 卫星系统

2 通信中继卫星

3A、3B、3C用户卫星

4地面站

12通信控制系统

14a、14b、14c光通信单元

16通信控制装置

18信号切换电路

20高频无线通信单元

70计算机。