ETS-5を用いた気球実験のための小型地球局の開発 その2:DPSを用いたパケット変復調器の開発

Abstract

Various kinds of scientific observations, such as in astronomy, meteorology, and space physics, are conducted using large balloons which fly in the stratosphere. A problem of these balloons is that the flight range from the base station is limited to several hundreds kilometers because of the limited range of terrestrial ratio communications. However, a satellite link which covers a wide service area can expand the flight range to several thousands kilometers. To confirm the advantage of the satellite link, a mobile earth station for balloons was developed. In this station, a newly developed packet data modem is equipped for transmitting telemetry data and receiving command data. The packet data modem is built using a digital signal processor. This paper describes the signal processing techniques used in the modem and its performance. In the modem, new signal processing algorithms are used for signal detection, frequency estimation, clock recovery, and carrier recovery. These new algorithms accomplish packet communications within a short time under large frequency deviation. Forward error correcting is also implemented in the digital signal processor for reducing bit errors. The performance obtained by the IF (Intermediate Frequency) loop back test confirmed that the modem is capable of packet communications between a balloon and a base station via a satellite link.

成層圏を飛行する大型気球を使用して天文学、気象学、宇宙物理学などの種々の科学的観測が行われている。気球の問題点は、地球上での電波通信が限られているため、基地局からの飛行範囲が数百キロメートル程度に限定されてしまうことである。しかしながら、広範なサービスエリアをカバーする衛星回線を使えば、飛行範囲を数千キロメートルまで延ばすことができる。衛星回線の利点を確認するため、気球用の移動地球局を開発した。この地球局においては、新開発のパケット･データ･モデムがテレメトリ･データおよび受信コマンド･データの伝送用として備えられている。パケット･データ･モデムはディジタル信号プロセッサを用いて製作した。本論文は、モデムに使用されている信号処理技術とその性能について述べている。モデムには、信号の検出、周波数推定、クロック再生、ならびにキャリア再生用として、新しい信号処理アルゴリズムを使用しているこれらの新アルゴリズムは、大きな周波数偏位の下でも短時間でパケット通信を可能とする。また、ビット誤り低減用として、ディジタル信号プロセッサにフォワード誤り補正が実装されている。IFループ･バック･テストによる性能試験の結果、このモデムにより衛星回線を通じての気球と基地局間のパケット通信が可能となることが確認された。