宇宙通信地上局は、地上セグメントの重要な一部であり、軌道上の衛星や深宇宙ミッションとの通信リンクを維持する、地上ベースのインフラストラクチャとして機能します。地球と宇宙船間の通信ハブとして機能し、地上局はミッションコントロールがコマンドを送信し、衛星の位置を追跡し、貴重な科学的および運用上のデータを受信することを可能にします。地上局がなければ、衛星や探査機は効果的に機能したり、地球に情報を送り返したりすることはできません。.
宇宙通信における地上局の主な機能
1. 宇宙船およびペイロードの支持
- 継続的なRF通信リンクを維持する.
- 宇宙船の位置、速度、軌道パラメータを計算するために追跡します。.
- 受信したデータを処理および管理する。.
- 宇宙船バスとペイロード機器の両方をコマンド・制御する。.
2. ユーザーとの対話
- ユーザーに要求されたデータ（テレメトリ、画像、科学的結果）を提供する。.
- ミッションのためのユーザー生成リクエストまたは制御入力を受信します。.
これを実現するために、地上セグメントは以下で構成されています。
- 地上局 宇宙船からのデータ取得、信号処理、および情報（制御センターやエンドユーザーへの転送）を担う。.
- コントロールセンター ミッション決定、ユーザーインターフェース、および宇宙セグメントとの連携を担当.
無線通信システムの基本構成要素
その中核となる宇宙通信用の地上局は、以下の要素を含む無線システムを中心に構築されます。
- 送信機 無線周波数（RF）エネルギーを生成し、データまたはコマンドで変調して、アンテナに送信します。.
- アンテナ： 電気信号を電磁波に変換して送信し、受信時に再び電気信号に戻します。地上局のアンテナは通常、正確な指向が可能なパラボラアンテナです。.
- 受信者 宇宙からの受信信号を捉え、増幅・電気信号に変換し、伝送された情報を取り出す。.
- モデム（変調器・復調器） デジタル情報を送信用にエンコード（変調）し、受信時にデコード（復調）します。このステップは、デジタルテレメトリやコマンドの処理に不可欠です。.
地上局が信号を処理する方法
静止衛星などの衛星との通信では、複数の周波数や信号を同時に処理する必要があります。そのため、地上局では以下のような冗長システムが使用されています。
- アップコンバーターとダウンコンバーター： 増幅と処理を容易にするための信号周波数.
- 変調器と復調器 複数のデータストリームの複雑さを管理し、堅牢な信号回復を保証します。.
- 高出力増幅器（HPA） アンテナを介して送信される前に、送信信号をブーストします。.
- ダイプレクサとコンバイナ 同一アンテナで干渉なく、送受信を同時に行うことを許可する。.
地上局による衛星追跡と宇宙通信
宇宙通信における地上局の最も重要な役割の一つは、正確なアンテナ指向です。衛星が空を移動するにつれて、アンテナは方位角と仰角を継続的に調整する必要があります。これは、以下を含むクローズドループ制御システムによって達成されます。
- アンテナの向きを測定するセンサー.
- 現在の姿勢と望ましい位置を比較する制御ユニット。.
- アンテナを正確な指向に維持するために調整するモーターとアクチュエーター。.
人工衛星がいつどこにいるかを計算するために、地上局は軌道伝播器、つまり軌道データを使って衛星の可視ウィンドウを予測する数理モデルに依存しています。.
二行軌道要素
地上局は一般的に～を使用しています 二行軌道要素, 、衛星軌道を記述するための標準化されたデータ形式です。TLEは、大気抵抗や重力の影響などの摂動を考慮して毎日更新されます。.
- 1行目: 衛星識別情報、エポック（基準時刻）、軌道傾斜角、赤道座標、離心率を含みます。.
- 2行目近点引数、平均近点離角、平均運動、および革命数を含む。.
これらの軌道パラメーターにより、ソフトウェアは衛星が地平線上にいつ現れるかを予測し、地上局アンテナに必要な指向角度を計算します。.
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