森川　栄久

はじめに
　衛星を用いた移動体（車両、船舶、航空機等）通 信サービスは、データ、メッセージ、音声等のいわ ゆる「通信」と移動体の位置を決定する「測位」に 大別される。従来、これらの二つのサービスは、そ れぞれ別々のシステムとして行われてきた。最近、 新しい移動体衛星システムとして通信と測位の両機 能を一つのシステムで提供するものが各国で研究開 発されるようになってきている。
　当所では、(財)電波システム開発センター（RCR） と共同で二つの静止衛星を用いた通信・測位複合シ ステムの研究開発を進め、現在太平洋上で船舶によ る通信・測位実験を行っている。
　　

通信・測位複合サービスの特徴
　通信・測位複合サービスでは、移動体の位置決 定、移動体のモニター及びメッセージあるいは音声 通信が同時に提供され、利用形態としては、�@ナビ ゲーション�A交通管制�B運行管理�C救難緊急通信な どがある。要求される通信性能と測位性能は、上記 のような適用分野および陸、海、空のどこで利用す るかで違ってくる。ある調査によると、測位性能に 関してはナビゲーション、交通管制及び救難緊急通 信サービスにおいては比較的高い精度が要求され、 運行管理のサービスでは比較的低い精度でもよいと している。また、通信性能に関しては、陸上及び海 上のサービスではデータ通信で十分な場合が多く、 飛行機の交通管制及び運行管理では、音声通信の利 用が重要であるとされている。
　　

実験システム

（1）特徴と構成
　本実験システムにおいては、一つの通信回線で通 常の音声（データ）通信と測位が同時に行えること を実証する。さらに、狭い周波数帯域でどの程度の 測位精度が得られるかを評価することとしている。
　実験は、基地局（鹿島宇宙通信センター）と移動 局および2機の静止衛星を用いて行われる。2機の 静止衛星は、東経150°に位置するETS-�X衛星と東 経180°に位置するインテルサット太平洋衛星であ る。インテルサット太平洋衛星には、インマルサッ トが所有する中継器が搭載されており、これを使用 する。
　測位のためには、移動局と基地局の距離を衛星を 経由して測定する必要があるが、この測距にはPN （疑似ランダム）符号と呼ばれるディジタル信号が 用いられ2衛星を経由した二つの信号の時間差から 距離を計算する。

（2）移動体の位置決定（測位）
　図1に示すように上記の測距方法で得られたデー タから、移動体はETS-�Xから距離r2、インマルサッ ト衛星から距離r3の位置にあるとになる。従って、 移動体の位置は3次元空間内の円で表わせる。陸上 または海上の移動体の場合は地球表面上に位置する ので地球面と空間内の円との交点として求まる。ま た、地球面との交点は通常2点存在し、静止衛星が 赤道上にあることから、この2点は赤道をはさんで 南北にほぼ対称の位置（緯度の絶対値と経度が等し い位置）に存在する。

図１　移動体位置決定の原理

（3）実験用通信・測距複合装置
　音声、データ等の通信と測距を同時に行う通信・ 測位複合システム用の実験装置として以下の二つの 方式について開発を行った。各方式とも、ディジタ ル変復調方式を用いており、同一の変復調器で通信 と測位を行う。
　

（a）SCPC方式
　一つのSCPC（Single Channel Per Carrier）通 信チャネルを測距用のチャネルとしても利用する方 式である。使用周波数帯域は通常の通信回線の25 kHzである。測距に用いるPN符号速度は12kbps で測距用としては非常に遅く高精度の測位は期待で きない。しかし、現在用いられている通信・装置に簡 単な装置を付加するだけで測位と通信が同時にでき る利点がある。
　

（b）SS方式
　スペクトル拡散（Spread Spectrum）された電力 密度の低い通信信号に測距信号を重畳する方式であ る。実験に用いる衛星中継器の周波数帯域から拡散 周波数帯域は2MHzである。測距用PN符号速度は 1.275MbpsでSCPC方式に比較して約100倍である ため、より高精度の測位が期待できる。しかし、本 方式は時間差測定の際の不確定性の除去を必要とす ることと拡散変復調部を必要とする点で装置構成が 複雑となる。
　

表1に、SCPC方式とSS方式を比較して両方式 の測距信号の諸元を示す。

	SCPC	SS
変復調方式	24kbps OQPSK	5kbps BPSK
PN符号シンボルレート	12kbps	桁決 5kbps 拡散 1.275Mbps
PN符号長	1000chips, 83.33ms	桁決 500chips, 100ms 拡散 255chips, 0.2ms

表１　変調方式及び測距信号の諸元

期待される測位精度

（1）測拒情度
　測距における誤差は、大気圏および電離層の屈折 等の電波伝搬路上の性質に起因するものと、装置の 電気的特性によるものが考えられる。本システムで は、その測距精度は、測距信号の追尾に用いられる DLL（DELAY LOCK LOOP）の入力 雑音による位相ジッタにより大きく左 右される。図2は、本システムで予想 される測距精度の計算値である。横軸 は、衛星回線のC／N0（信号電力／雑 音電力密度）である。縦軸の右側の数 値は、位相ジッタの標準偏差から求め られた測距誤差の標準偏差である。図 中の点線の領域は、本システムの回線 設計から得られるC／N0であり、SC PC方式の場合、数十mの測距精度に なる。また、SS方式の場合は、大気 圏及び電離圏の補正を行えば、数mの 測距精度が期待できることがわかる。

図2　DLLの受信C/N0対位相誤差
　　　（測距精度）

（2）測位精度
　移動体の位置は、図1に示したように測距データ と静止衛星の位置から、地球上での幾何学的位置と して計算により求まる。従って、測位精度は、測距 データの精度と衛星の位置決定精度で左右されるこ とになる。図3に、期待される測位精度の計算例を 示す。太平洋上では200〜300m程度の測位精度が期 待できることがわかる。この例では、測距精度を10 mとし、衛星の位置決定精度を経度方向で0.0004°、 緯度方向で0.0005°、半径方向で35mとして計算し ている。

図3　期待される測位精度の評価例

　現在、SCPC方式の通信・測位複合装置を船舶に 搭載して南太平洋上で通信および測位精度の評価実 験を行っている。

写真は、実験装置を搭載している北 海道大学水産学部の漁業練習船「おしょろ丸」の船室 内で当所の研究者が実験を行っている様子である。

写真　通信・測位複合システムを搭載して
　　　実験を行っている北海道大学水産学部の
　　　「おろしょ丸」船室での実験風景

おわりに
　当所で開発している2機の静止衛星を用いた通信 ・測位複合システムについて述べた。近年、経済活 動の高度情報化に伴い衛星通信には通信機能、また 測位機能だけでなく、通信と測位を同時に提供でき るサービスが強く求められている。本研究開発はそ のようなシステム構築のための基礎実験である。

（関東支所　鹿島宇宙通信センター　第二宇宙通信研究室）

渡辺　昌良

短波長コヒーレント光
　いわゆる、電波に始まる電磁波開拓の大きな流れ は、より高い周波数、より短い波長での電磁波の発 生とその制御技術の開発にあったとも言える。レー ザは、まさにこの意味で、光を制御可能な電磁波と して認識させるきっかけとなった。発振器から得ら れる電波のように位相のそろった光、つまりコヒー レント光の登場である。現在、レーザは、様々な分 野でその特性を生かす研究が盛んに行われている が、より短い波長での発生技術の研究は、依然とし て魅力的なテーマである。
　短波長領域へのアプローチは、各種の方法が試み られており、最近ではX線領域の発生も話題に上っ ているが、これらは、いずれもパルス発振によるも のである。一方、連続波としてのコヒーレント光源 は、その優れた特性から、基礎研究の分野のみなら ず、超高速通信、精密計測等の広い分野への応用が 期待されながらも、発生の困難さのため短波長化は 大きな遅れをとってきた。特に、波長200nm以下 の真空紫外（vacuum ultraviolet：VUV）と呼ばれ る領域は、今なお未開拓の状況にあると言える。こ こでは、コヒーレント連続光の研究の最前線にある 真空紫外領域での発生について、その原理と実験の 概要を説明する。
　　

非線形光学効果と周波数混合
　コヒーレント光を発生するには、レーザによる直 接発振と波長変換の二つの方法が考えられるが、一 般に、波長が短いほどレーザ発振は難しく、短波長 領域の発生は、波長変換に頼らざるを得ない。特 に、連続発振では、レーザの発振条件がパルス発振 に比べ一層厳しくなるため、波長変換による方法が 現実には唯一となる。
　このような波長変換は、“非線形光学効果”と呼 ばれる光に対する物質の性質を利用して行うことが できる。ある媒質に光が入射すると、媒質は内部に 一種のひずみとして生じる分極を介して光と相互作 用を行う。このとき分極は、自らまた光を発生す る。この繰り返しが媒質内での光の伝播である。と ころが、入射光がレーザのように強い場合、分極の ひずみ量に非線形性が現れ、入射光の2倍、3倍等 の周波数の光が媒質内で発生することになる。同じ 原理で、入射光が周波数の異なる二つの光の場合に は、和及び差の周波数の光が発生する。これが非線 光学効果による波長変換の原理で、周波数ω1とω2 の光からより高い周波数ω3（＝ω1+ω2）（より短 い波長）の光を、和周波数発生（周波数混合）に よって発生させることができる。この目的のため に、非線形性を強く持つ特殊な結晶を用いるのが、 “非線形光学結晶による周波数混合”である。
　和周波数の光が発生する原理について述べたが、 発生するω3の光は、通常そのままでは十分な出力 として取り出すことはできない。これは、ω1、ω2、ω3 の光の媒質中での波としての速さ、すなわち位相速 度がそれぞれ異なるため、和周波数を発生させる相 互作用が十分に続かないためである。つまり、進行 にともない相互の光の位相関係が崩れるためであ る。有効な変換を行うには、互いの位相関係を常に 最適に保つ、すなわち位相速度を合わせる必要があ る。これが“位相整合条件”と呼ばれるもので、非 線形光学結晶を用いる際の重要な条件の一つであ る。これら位相整合条件は、結晶の複屈折性を利用 すれば、入射光の偏光方向と結晶軸に対する入射角 （位相整合角）をうまく選ぶことによって満足させ ることができる。但し、位相整合可能な波長範囲は 結晶の種類によって制限を受ける。
　　

真空紫外コヒーレント光の発生
　真空紫外光を発生するための非線形光学結晶を選 ぶには、位相整合が可能であることの他に、発生光 が透過すること、変換効率が良いことが重要である。 多くの物質は紫外域以下で吸収があり、非線形光学 結晶も例外でなく、波長200nm以下の光が透過す る結晶は限られている。さらに、位相整合可能なも のとなると条件は一層厳しい。最近注目されている 非線形光学結晶の一つにBBO（β-BaB2O4）がある。 数年程前中国のグループにより開発されたもので、 可視域から紫外域で優れた波長変換特性が確かめら れてきた。透過波長は190nm前後まで延びており、 さらに、従来この領域で唯一とされた非線形光学結 晶KB5（KB5O8・4H20）に比べて非線形光学定数が40 倍程度大きく、高効率な波長変換が期待できる。そこ で、当所ではBBOを用いた周波数混合法で真空紫 外コヒーレント光の発生実験を進めてきた。
　図1は実験配 置である。二つ の基本波を、B BO上に絞り込 んで重ね合わせ る。基本波の組 み合わせは、位 相整合角に依存 して多く考えら れるが、ここで はアルゴンレー ザの第二高調波 （257nm）とチタ ンサファイアレーザを用いている。チタンサファイ アレーザは、最近実用化された固体レーザで、可視 域の700nmから赤外域の1μmの広い範囲にわた り波長可変で高出力が得られ、基本波レーザとして も優れている。例えば波長792nmのとき周波数混 合で194nmを発生するが、波長を変えることによ り真空紫外の波長も掃引できる。

図1　真空紫外コヒーレント光発生実験配置図

　BBOは、光の入射方向と光学軸のなす角度が位相 整合を満足するよう切り出されており、波長に応じ て傾き角を微調する。実験では190.8nmから196.1 nmの範囲の真空紫外コヒーレント連続光の発生に 成功した。図2は、発生した真空紫外スペクトルの 一例を示したものである。特に、波長190.8nmは、 非線形光学結晶により発生されたコヒーレント連続 光として最短波長である。

図2　真空紫外コヒーレント光スペクトル(194nm)

おわりに
　真空紫外域には原子、分子、イオンの多くの吸収 線があり、分光の分野からも興味ある実験が期待で きる。
　連続波としての真空紫外コヒーレント光は、電波 からつづく電磁波開拓の流れに沿ったものとして、 その優れたコヒーレンス特性への期待は大きい。最 近この分野も、応用面からの強い要望と共に、非線 形光学結晶と基本波レーザの新たな技術開発があ り、新しい展開が期待できる。

（関西支所　電磁波分光研究室　主任研究官）

≪外国出張≫

磯部　俊吉

　私は、高度衛星通信研究室（Advanced Satellite Communications）に所属し、SCPC／TDM再生中継方 式における衛星搭載PSK一括復調器に関する研究 を行った。この方式は、FDMA（周波数分割多元接 続）信号を衛星上で一括復調しTDM（時分割多重） 信号に変換するもので、地球局の小形化等が図れる ことから将来の移動体衛星通信システムとして有望 である。私は、CRCで数年前から開発されてきたシ ミュレーションプログラムに新たにローパスフィル タ部分、フェージング機能を追加し、一括復調器の 設計及び性能評価を行った。当所でも通信放送技術 衛星に、同様の再生中継器を搭載する計画があり、 その研究に生かせればと考えている。

　CRCでの研究生活で当所との大きな違いは、�@個 室で研究も個人ベース中心であること、�A研究者は 研究に専念できること、�Bフレックスタイムで超過 勤務はほとんどしないことである。私のマネジャー の話によると、マネジャーは70％の時間がマネージ メント、研究者は90％が研究ということだった。会 議はぼとんどなく、部あるいは研究室全体で集まっ たのは1年間でわずか3回だった。必要なことはマ ネジャーが個別に聞いて回っているようだった。

　オタワは首都圏で人口約100万の政治都市で、緑 が多く大小様々な公園がいたる所にある美しい町で ある。東京での生活との大きな違いは豊かな自然も 含めた住環境である。カナダ人の暮らしぶりは衣食 の点では質素のようだが、家は広いし、キャンプ、 ボート、スキー等自然を生かしたレジャーが手軽に 楽しめるし、残業しないので趣味の世界に浸ること もできて、精神面では日本より豊かなようだ。人が 少なくて国が広いことは非常に羨ましいことであ る。ただ、経済的には資源の切売りと高金利で支え られているものの、先行き明るいとは言いがたいよ うに思われた。また、道路等の社会資本、教育、福 祉は充実しているとはいえ、消費税は来年から15 ％、所得税も収入の1／3程度なのが実態である。

　1年間ではあるがカナダを見て、日本は経済大 国、技術大国となった今、急速な変化に対応して行 くことも重要であろうが、もう少しゆっくり時計を 進ませて、国民がゆとりのある豊かな生活を得られ る道があるのではなどと考えさせられてしまうこと が多かった。

　大変貴重な経験をさせていただいた科学技術庁、 郵政省の方々をはじめ、関係各位に感謝します。

（宇宙通信部　衛星通信研究室　主任研究官）

オタワ郊外のCRC

第３２次越冬隊隊員
野崎君、小竹君、高橋君、検討を祈る!!