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イリジウム衛星スポットビームによる米国全域のカバー範囲
この例では、米国の地図上にイリジウム衛星スポットビームを生成して可視化する方法を示します。Iridium衛星アンテナ アレイは Phased Array System Toolbox を使用して作成されます。衛星の位置はSatellite Communications Toolboxを使用して生成および表示されます。アンテナアレイが操作されると、スポットビームカバレッジマップが表示されます。
はじめに
イリジウム衛星システムは、高品質の音声およびデータ通信を提供する低軌道 (LEO)衛星コンスタレーションシステムです。このシステムは、6 つの極軌道面に沿って分散された 66 個の衛星で構成されています。各衛星のメインミッションアレイ（MMA）は、120 要素の L バンド均一長方形アレイ（URA）です。MMA は、アナログ ビームフォーミング技術を使用して、地球に向けて 48 個の固定スポットビームを生成できます。
イリジウム衛星メインミッションアレイの作成
イリジウム衛星は、12 x 10 要素の URA を MMA として採用しています。phased.URA (Phased Array System Toolbox) を使用して MMA を設定します。
% Iridium satellite frequency freqLow = 1616e6; % Hz freqHigh = 1626.5e6; % Hz freq = (freqLow + freqHigh)/2; % Hz % Determine the wavelength lambda = physconst('LightSpeed')/freq; % Define array size in row and column nrow = 12; ncol = 10; % Define row and column element spacing drow = lambda/2; dcol = lambda/2; % Configure Iridium 120-element MMA iridiumArray = phased.URA(... 'Size',[nrow ncol],... 'ElementSpacing',[drow dcol],... 'Lattice','Triangular'); iridiumArray.Element.BackBaffled = true; % View Iridium MMA figure viewArray(iridiumArray)
Iridium MMA の 3D 指向性パターンを表示します。
% Plot 3D directivity pattern of Iridium MMA
figure
pattern(iridiumArray,freq)
衛星シナリオの作成
satelliteScenario を使用して衛星シナリオを作成します。シナリオの開始時間と期間を 60 秒に指定します。
% Define start and end time startTime = datetime(2021,3,17,22,52,0); % 17 March 2021 10:52 PM UTC stopTime = startTime + minutes(1); % 17 March 2021 10:53 PM UTC sampleTime = 60; % s % Configure satellite scenario sc = satelliteScenario(startTime,stopTime,sampleTime);
イリジウム衛星のケプラー要素を、衛星が米国の上空を通過するように設定します。
% Define the semimajor axis of the orbit of the satellite semiMajorAxis = (6371 + 780)*1e3; % m % Define the shape of the orbit of the satellite eccentricity = 0; % Define the inclination angle inclination = 86.4; % degrees % Define the argument of periapsis argOfPeriapsis = 0; % degrees % Define the right ascension of ascending node raan = 55; % degrees % Define the true anomaly trueAnomaly = 38; % degrees
satellite 関数を使用して、イリジウム衛星のケプラー要素を構成します。
% Configure Iridium satellite iridiumSat = satellite(sc, semiMajorAxis, ... eccentricity, ... inclination, ... raan, ... argOfPeriapsis, ... trueAnomaly, ... Name = "Iridium Satellite", ... OrbitPropagator = "two-body-keplerian");
satelliteScenarioViewer を使用して衛星シナリオを表示します。
% Satellite scenario
v = satelliteScenarioViewer(sc,ShowDetails=false); 
イリジウム衛星48スポットビームの設定
イリジウム衛星には 48 本のスポットビームがあります。これらのビームは4 段に配置されています。次の図は、スポットビームインデックスと、異なる層が異なる色で描画された 4 層構造を示しています。
% Number of spot beams numSpotBeam = 48; % Define 48 spot beam indices in 4 tiers tier1 = [16,32,48]; % inner-most beams tier2 = [13:15,29:31,45:47]; % inner-middle beams tier3 = [8:12,24:28,40:44]; % outer-middle beams tier4 = [1:7,17:23,33:39]; % outer-most beams % Define transmission parameters maxRange = 5e6; % m transmitterPower = 11; % watts thetaoffset = [11,19,33,45]; % degrees % Define signal strength range sigstrengthlow = -105; % dBm sigstrengthhigh = -95; % dBm sigstrengths = sigstrengthlow:sigstrengthhigh; sigcolors = [sigstrengthlow,sigstrengthhigh];
イリジウム衛星48のスポットビームカバレッジを米国で表示
48 個のスポットビームは、イリジウム衛星の送信ビームフォーミングを使用して形成されます。phased.SteeringVector (Phased Array System Toolbox) を使用して、イリジウム アレイのステアリングベクトルを設定します。
% Configure steering vector for spot beam beamforming steeringvector = phased.SteeringVector("SensorArray",iridiumArray);
Satellite オブジェクトの states 関数を使用してイリジウム衛星の位置を取得します。
% Obtain Iridium satellite position iridiumpos = states(iridiumSat,startTime,"CoordinateFrame","geographic");
地上 RF 伝搬解析と可視化をサポートする siteviewer 内の txsite として衛星を作成します。
% Configure site viewer to view spot beams viewer = siteviewer('Terrain','none'); % Loop beam index to plot 48 spot beams for beamIdx = 1:numSpotBeam % Configure phi/theta angles for each spot beam if any(ismember(beamIdx,tier1)) k = find(beamIdx == tier1); phi = 360/numel(tier1)*(k-1); % degrees theta = thetaoffset(1); % degrees elseif any(ismember(beamIdx,tier2)) k = find(beamIdx == tier2); phi = 360/numel(tier2)*(k-1); % degrees theta = thetaoffset(2); % degrees elseif any(ismember(beamIdx,tier3)) k = find(beamIdx == tier3); phi = 360/numel(tier3)*(k-1); % degrees theta = thetaoffset(3); % degrees else k = find(beamIdx == tier4); phi = 360/numel(tier4)*(k-1); % degrees theta = thetaoffset(4); % degrees end % Convert steering angle from phi/theta form to azimuth/elevation form azel = phitheta2azel([phi;theta]); % Set transmit beamforming weights for a spot beam sv = steeringvector(freq,azel); iridiumArray.Taper = sv'; % Configure the transmit site for a spot beam spotbeam = txsite("Name","Iridium-Next Satellite Tx",... "Latitude",iridiumpos(1), ... "Longitude",iridiumpos(2), ... "AntennaHeight",iridiumpos(3),... "Antenna",iridiumArray,... "AntennaAngle",[0;-90],... "TransmitterFrequency",freq,... "TransmitterPower",transmitterPower); % Plot 3D beam pattern in animation pattern(spotbeam) % Display coverage map coverage(spotbeam,"freespace",... 'MaxRange',maxRange,... 'SignalStrengths',sigstrengths,... 'ColorLimits',sigcolors) end
まとめ
この例では、Phased Array System Toolbox を使用してアンテナ アレイを作成する方法を示します。この例では、Satellite Communications Toolbox を使用して衛星シナリオを生成する方法も示します。この例では、アンテナ アレイによって生成されたさまざまなビームをマップ上に表示する方法を学びました。
参照
[1] Attachment EngineeringStatement SAT-MOD-20131227-00148. https://fcc.report/IBFS/SAT-MOD-20131227-00148/1031348.6月9日にアクセス。2023年。
[2] Attachment Exhibit A SAT-MOD-20131227-00148. https://fcc.report/IBFS/SAT-MOD-20131227-00148/1031240.6月9日にアクセス。2023年。
[3] Manual for ICAO Aeronautical Mobile Satellite (Route) Service, Part 2-Iridium, Draft v4.0. https://www.icao.int/safety/acp/Inactive%20working%20groups%20library/ACP-WG-M-Iridium-8/IRD-SWG08-IP05%20-%20AMS(R)S%20Manual%20Part%20II%20v4.0.pdf.Accessed 9 June.2023年。
[4] L. Yu, J. Wan, K. Zhang, F. Teng, L. Lei and Y. Liu, "Spaceborne Multibeam Phased Array Antennas for Satellite Communications," in IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, vol. 38, no. 3, pp. 28-47, 1 March 2023, doi:10.1109/MAES.2022.3231580.
