研究の概要
人工衛星や宇宙船が目的地まで飛行したり特定の地点の写真を撮影したりする際、まず今自分がどこを飛行しているかを正確に把握する必要があります。GPSRは地上のカーナビやスマートフォンに内蔵されているGPSRと同様に、 地球の周りを飛行する複数のGPS衛星から放送される信号を受信し、自分の位置を推定します。人工衛星や宇宙船は高速で飛行するため、専用の位置・速度推定アルゴリズムや、信号捕捉アルゴリズムが組み込まれています。 第一研究ユニットでは小型・軽量でありながら高精度な位置推定を可能にする衛星搭載用GPS受信機を開発してきました。
GPSは地上で利用することを前提に設計されたシステムであり、その測位信号は地表に向かって発信されています。そのため低軌道衛星の軌道決定にこのGPSRを利用することはできましたが、GPS衛星よりも高い高度を飛行する静止衛星などでは利用することができませんでした。 しかし、近年の研究によりGPSのサイドローブ信号を図のような幾何関係の時に受信できることが確認され、第一研究ユニットでもこれらの信号を利用する方法を研究しています。
研究成果（より詳細な研究内容）
次世代GPSRの開発 ⇒ 静止軌道で利用できるGPS受信機の開発
GPS受信機はGPS衛星から放送される信号を基に軌道を推定しているため、通常GPS衛星より高い高度では利用することができません。そのため、従来の静止軌道衛星は地上局を利用したRange & Range Rate（R&RR）観測量を用いて 軌道決定を行っています。R&RRによる軌道決定では衛星の位置誤差は数百m～数km程度で、狭い領域に多くの衛星を飛ばすことが困難でした。また、R&RRの利用には高精度なアンテナを地上に設置する必要があり、 受信したデータを評価するなど高負荷な作業を運用者が実施する必要がありました。
しかし、近年の研究からGPS衛星が放送している信号で地球の縁を通り裏側まで飛来している信号は受信できることがわかりました。この信号は非常に微弱で一般的な低軌道衛星が受信している信号の10分の1程度の強度（20dB弱）になります。 しかし、この信号を利用できれば静止軌道でもGPS受信機による高精度な軌道決定が衛星内で可能となります。すると、多くの衛星を需要の高い静止軌道に飛ばすことが可能となり、また地上の設備や運用を簡略化し運用コストを抑えることが可能となります。
第一研究ユニットでは静止軌道で利用できるGPSRの実現を目指し、地球の縁を通るような長い距離を飛来してきた微弱な信号を捕捉する技術の研究をしています。このGPSRはオール電化衛星に搭載され、衛星の軌道決定や自律的制御に利用されます。