JP2005083815A - 二次監視レーダシステムとその地上側装置および応答信号判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モードＳ専用オールコールに対するＡＴＣＲＢＳトランスポンダの誤応答を確実に識別し除去できるようにして、航空機の安全運行に寄与し得る二次監視レーダシステムとその地上側装置および応答信号判定方法を提供する。
【解決手段】モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視するために使用される二次監視レーダシステムにおいて、モードＳ専用オールコール質問信号の送信完了時点からモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点までの時間間隔を、オールコール期間ごとにランダムに異ならせる。そして、レンジがランダムに変化する応答信号を捕捉した場合には、これを誤応答として演算処理から除去するようにした。
【選択図】 図６

Description

本発明は、モードＳトランスポンダまたはＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機を監視するための二次監視レーダシステムとこのシステムに用いられる地上側装置、および質問信号に対する応答信号の有効または無効を判定する応答信号判定方法に関する。

近年の二次監視レーダシステム（Secondary Surveillance Radar：ＳＳＲ）による監視においては、従来からのＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機に加え、モードＳトランスポンダを搭載する航空機はモードＳによる捕捉が可能になってきている。モードＳトランスポンダは、地上装置からの質問信号を受信し、質問信号に対して返送される応答信号に様々な情報を含ませることにより、航空監視に関わる多種多様な情報を取得できるようにする装置である。これらの２種類のトランスポンダを捕捉するために、質問信号には様々な送信方式が有る。

二次監視レーダシステムにおける質問信号の送信期間は、オールコール期間とロールコール期間とに分けられている。オールコール期間は、モードＳトランスポンダおよびＡＴＣＲＢＳトランスポンダを捕捉するための期間である。ロールコール期間は、モードＳトランスポンダに対する個別質問およびその応答のための期間である。各航空機は送信ビーム内において捕捉されるため、各ビームにおいてオールコール期間とロールコール期間とをどのように設定するかが重要な要素となる。

ところで、既存の二次監視レーダシステムにおいては、モードＳ専用オールコール質問とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問とを、共通のオールコール期間内において一定の間隔で送信するようにしている。よって、Ｐ２パルスによるサイドローブ抑圧が失敗した場合、すなわちモードＳ専用オールコール質問の抑圧が効かない場合には、本来応答を返してはならないＡＴＣＲＢＳトランスポンダから応答信号が返送されることが有る。このことは航空監視に重大な支障をきたすため、何らかの改善策が望まれている。

なお、関連する技術が下記非特許文献１に開示される。この文献には二次監視レーダに関する詳細が記載されている。
吉田 孝 著 "改訂 レーダ技術"、電子情報通信学会（1996）、pp.227-233

以上述べたように既存の二次監視レーダシステムには、モードＳ専用オールコールに対してＡＴＣＲＢＳトランスポンダが誤応答することが有る。この場合には、レーダの或るスイープに誤応答と正常応答とが混在する状態か、または誤応答しか得られないという状態が地上側装置において生じ、航空監視に支障をきたすので何らかの解決策が望まれる。

本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、モードＳ専用オールコールに対するＡＴＣＲＢＳトランスポンダの誤応答を確実に識別し除去できるようにして、航空機の安全運行に寄与し得る二次監視レーダシステムとその地上側装置および応答信号判定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明の一態様によれば、モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視する地上側装置を備える二次監視レーダシステムにおいて、前記地上側装置は、モードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号とを、前記モードＳ専用オールコール質問信号の送信完了時点から前記モードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点までの時間間隔をオールコール期間ごとに異ならせて前記監視空域に送信する送信手段と、この送信手段により送信された質問信号に対する応答信号を受信する受信手段と、この受信手段により受信された応答信号のうちモードＳ応答信号の複数のスイープ単位にわたるモードＳ専用オールコール質問信号との相関度に基づいて、同じ航空機から送出された前記モードＳ応答信号を特定する相関処理手段と、前記航空機ごとに特定されたモードＳ応答信号の前記スイープ単位ごとのレンジ情報のばらつきに基づいて、各モードＳ応答信号の有効または無効を判定する判定処理手段とを具備することを特徴とする二次監視レーダシステムが提供される。

このような手段を講じることにより、モードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号とは、オールコール期間ごとに異なる時間間隔で送信される。一方、モードＳ専用オールコール質問信号に対する応答信号は、モードＳ専用オールコール質問信号が航空機に受信されてから一定時間後に返信される。同様にモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号に対する応答信号は、モードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号が航空機に受信されてから一定時間後に返信される。

従って、モードＳ専用オールコールに対するＡＴＣＲＢＳトランスポンダの誤応答が生じた場合には、この誤応答が地上側装置に到達するタイミングはオールコール期間ごとに異なるようになる。質問信号の送出から応答信号の到達までにかかる時間は地上側装置から航空機へのレンジ情報を反映するので、誤応答が地上側装置に到達するタイミングがオールコール期間ごとに異なることは、航空機の移動を考慮しても不合理であるといえる。すなわち、質問信号の送出から応答信号の到達までにかかる時間がばらつくことと誤応答の発生とを一意に関連付けることができるので、誤応答の発生を確実に認識することができるようになる。

本発明によれば、モードＳ専用オールコールに対するＡＴＣＲＢＳトランスポンダの誤応答を確実に識別し除去することが可能となり、航空機の安全運行に寄与し得る二次監視レーダシステムとその地上側装置および応答信号判定方法を提供することができる。

図１は、本発明に係わる二次監視レーダシステムの一実施形態を示すシステム図である。このシステムは、航空機に搭載される機上側装置１と、地上に設置され航空機を捕捉する地上側装置４とを備える。機上側装置１はモードＳトランスポンダまたはＡＴＣＲＢＳトランスポンダであり、本実施形態では、モードＳトランスポンダを搭載する航空機とモードＡ／Ｃトランスポンダを搭載する航空機とが、機上側装置１の監視空域内に航空機が混在する場合を想定する。

地上側装置４は、アンテナ３を介して監視空域に質問信号を送信し応答信号を受信する送受信機４ａと、質問信号を生成し応答信号から航空機ごとのターゲットレポートを取得して出力する信号処理部４ｂとを備える。質問信号には、モードＳ専用オールコール質問信号と、モードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号とが含まれる。
機上側装置は、質問信号を受信して応答信号を返信する送受信機１ａと、受信された質問信号に対する応答信号を生成する信号処理部１ｂとを備える。

図２は、図１の地上側装置４をより詳細に示す機能ブロック図である。図２において、送信制御部４３は質問信号を生成し、送信機４ａ１を制御して送信タイミングをコントロールしつつ質問信号を送出する。質問信号はサーキュレータ４１およびアンテナ３を介して監視空域に送信される。

一方、応答信号はアンテナ３からサーキュレータ４１を介して受信機４ａ２に入力され、受信復調される。受信された応答信号は、受信タイムスロットに応じてモードＳ応答処理部４６およびＡＴＣＲＢＳ応答処理部４７のいずれかに入力され、各応答信号に対するスイープ単位の応答データが生成される。各応答データは監視処理部４５に与えられる。監視処理部４５は、送信制御部４３により生成される質問信号の送信チャネルをチャネル管理部４４を制御して切り替える。

送信制御部４３は、モードＳ専用オールコール質問信号の送信完了時点からこれに続くモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点までの時間間隔を、ランダムに可変させる。好ましくは、この時間間隔を、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダのリカバリー時間より大きくするようにする。

ところで、監視処理部４５は、相関処理部４５ａと判定処理部４５ｂとを備える。相関処理部４５ａは、複数のスイープ単位にわたるモードＳ応答データを取得し、これらのモードＳ応答データに対して既知の相関処理を施す。その結果に基づいて相関処理部４５ａは、同じ航空機から送出されたモードＳ応答信号を特定する。また相関処理部４５ａは、複数のスイープ単位にわたるモードＡ／Ｃ応答データを取得し、これらのモードＡ／Ｃ応答データに対して既知の相関処理を施す。その結果に基づいて相関処理部４５ａは、同じ航空機から送出されたモードＡ／Ｃ応答信号を特定する。

判定処理部４５ｂは、航空機ごとに特定されたモードＳ応答信号のスイープ単位ごとのレンジ情報を取得する。そして、スイープ単位ごとのレンジ情報のばらつきに基づいて、個々のモードＳ応答信号の有効または無効を判定する。監視処理部４５は、モードＡ／Ｃ応答信号、および、判定処理部４５ｂにおいて有効と判定されたモードＳ応答信号に基づいて航空機の監視を行うとともに、ターゲットレポートを出力する。

図３は、図２の送信制御部４３により設定されるモードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号との間の送信間隔を示す模式図である。質問信号の送信期間にはオールコール期間とロールコール期間とが交互に設定され、このうちオールコール期間においてモードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号とが送信される。

オールコール期間が開始されると、先ずモードＳ専用オールコール質問信号が送出される。本実施形態では、モードＳ専用オールコール質問信号に続くモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点を、オールコール期間ごとにランダムに変化させる。図３においては、時間の経過とともにＴ、Ｔ＋Δｔ１、Ｔ＋Δｔ２、Ｔ＋Δｔ３、…なる時間間隔で、モードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号とが送出される。Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３、…は、ランダムに可変される量である。

図４は、比較のため既存の二次監視レーダシステムにおけるモードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号との間の送信間隔を示す模式図である。このように既存のシステムにおいては、モードＳ専用オールコール質問信号に続くモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点は一定であり、両質問信号の送信間隔は一定値Ｔである。

図５は、比較のため既存の二次監視レーダシステムにおいて生じる事態を模式的に示すタイミングチャートである。図５において、モードＳ専用オールコールにはＰ１，Ｐ２，およびＰ６パルスが含まれる。Ｐ６パルスには、同期位相反転ポイントが設けられている。一方、モードＡ／Ｃ専用オールコールにはＰ１，Ｐ３，およびＰ４パルスが含まれる。このうちＰ３パルスがＡＴＣＲＢＳにおける処理の開始基準位置となる。

既存のシステムでは、Ｐ６パルスの同期位相反転ポイントからＰ３パルスまでの期間が、オールコール期間ごとに一定の間隔である。この状態から、Ｐ２パルスによるモードＳ専用オールコール質問の抑圧が失敗し、モードＳ専用オールコールに対して誤応答を返したＡＴＣＲＢＳトランスポンダが生じたとする。そうすると、この誤応答は、モードＡ／Ｃ専用オールコール質問に対して一定のレンジ（図中Ａ）で検出されることになる。よって演算処理系はこの誤応答を誤応答として認識することができず、有効な応答として捕捉してしまうことになる。

すなわち、Ｆ１，Ａ１，Ｃ１，およびＦ２パルスを含む応答信号は、本来のターゲットのレンジに相当する位置に出現するものが有効であるにも拘わらず、これよりも時間的に先立つレンジＡにおける応答信号が有効であるとされる。従って、演算処理系により誤った処理が実施される虞が生じる。

図６は、本実施形態により得られる効果を説明するための模式的に示すタイミングチャートである。この実施形態では、Ｐ６パルスの同期位相反転ポイントからＰ３パルスまでの期間を、オールコール期間ごとにランダムに可変する。これに応じて、誤応答が生じたとしても、その到来するタイミングは図中Ａ〜Ｄに示すようにランダムに変化する。

これは、同じ航空機につき、応答信号がＡＴＣＲＢＳ処理基準に対して異なるレンジで到来することに相当する。すなわち演算処理系から見ればオールコール期間ごとに航空機の位置が不連続に変化するように見え、明らかな不合理となる。これをもとに、誤応答を誤応答として確実に識別することが可能となる。一方、有効な応答信号はＡＴＣＲＢＳ処理基準に対して一定のレンジで到来する。これは、オールコール期間ごとの航空機の移動距離をほぼ無視できることから当然の帰結であり、不合理ではない。従って有効な応答を確実に捕捉することが可能になる。

このように本実施形態では、モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視するために使用される二次監視レーダシステムにおいて、モードＳ専用オールコール質問信号の送信完了時点からモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点までの時間間隔を、オールコール期間ごとにランダムに異ならせるようにしている。よって誤応答が生じた場合にはその到来するタイミングがランダムに変化する。すなわち応答信号のレンジがランダムに変化する。このことから、誤応答を誤応答として確実に識別でき、レンジがランダムに変化する応答信号を捕捉した場合には、これを誤応答として演算処理から除去することができる。

このようなことから本実施形態によれば、モードＳ専用オールコールに対するＡＴＣＲＢＳトランスポンダの誤応答を確実に識別し除去することができ、航空機の安全運行に寄与することが可能となる。

なお本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明に係わる二次監視レーダシステムの一実施形態を示すシステム図。 図１の地上側装置４をより詳細に示す機能ブロック図。 図３は、図２の送信制御部４３により設定されるモードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号との間の送信間隔を示す模式図。 比較のため既存の二次監視レーダシステムにおけるモードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号との間の送信間隔を示す模式図。 比較のため既存の二次監視レーダシステムにおいて生じる事態を模式的に示すタイミングチャート。 本発明の実施形態により得られる効果を模式的に示すタイミングチャート。

符号の説明

１…機上側装置、１ａ…送受信機、１ｂ…信号処理部、３…アンテナ、４…地上側装置、４ａ…送受信機、４ｂ…信号処理部、４ａ１…送信機、４ａ２…受信機、４１…サーキュレータ、４３…送信制御部、４４…チャネル管理部、４５…監視処理部、４５ａ…相関処理部、４５ｂ…判定処理部、４６…Ｓ応答処理部、４７…ＡＴＣＲＢＳ応答処理部

Claims (8)

1. モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視するために使用される二次監視レーダシステムにおいて、
   モードＳ専用オールコール質問信号の送信完了時点からモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点までの時間間隔を、オールコール期間ごとに異ならせるようにしたことを特徴とする二次監視レーダシステム。
2. 前記時間間隔を、前記ＡＴＣＲＢＳトランスポンダのリカバリー時間より大きくすることを特徴とする請求項１に記載の二次監視レーダシステム。
3. モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視する地上側装置を備える二次監視レーダシステムにおいて、
   前記地上側装置は、
   モードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号とを、前記モードＳ専用オールコール質問信号の送信完了時点から前記モードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点までの時間間隔をオールコール期間ごとに異ならせて前記監視空域に送信する送信手段と、
   この送信手段により送信された質問信号に対する応答信号を受信する受信手段と、
   この受信手段により受信された応答信号のうちモードＳ応答信号の複数のスイープ単位にわたるモードＳ専用オールコール質問信号との相関度に基づいて、同じ航空機から送出された前記モードＳ応答信号を特定する相関処理手段と、
   前記航空機ごとに特定されたモードＳ応答信号の前記スイープ単位ごとのレンジ情報のばらつきに基づいて、各モードＳ応答信号の有効または無効を判定する判定処理手段を具備することを特徴とする二次監視レーダシステム。
4. 前記送信手段は、前記時間間隔を前記ＡＴＣＲＢＳトランスポンダのリカバリー時間より大きくすることを特徴とする請求項３に記載の二次監視レーダシステム。
5. モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視する二次監視レーダシステムに用いられる地上側装置において、
   モードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号とを、前記モードＳ専用オールコール質問信号の送信完了時点から前記モードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点までの時間間隔をオールコール期間ごとに異ならせて前記監視空域に送信する送信手段と、
   この送信手段により送信された質問信号に対する応答信号を受信する受信手段と、
   この受信手段により受信された応答信号のうちモードＳ応答信号の複数のスイープ単位にわたるモードＳ専用オールコール質問信号との相関度に基づいて、同じ航空機から送出された前記モードＳ応答信号を特定する相関処理手段と、
   前記航空機ごとに特定されたモードＳ応答信号の前記スイープ単位ごとのレンジ情報のばらつきに基づいて、各モードＳ応答信号の有効または無効を判定する判定処理手段とを具備することを特徴とする地上側装置。
6. 前記送信手段は、前記時間間隔を前記ＡＴＣＲＢＳトランスポンダのリカバリー時間より大きくすることを特徴とする請求項５に記載の地上側装置。
7. モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域において質問信号に対する応答信号の有効性を識別するための応答信号判定方法であって、
   モードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号とを、前記モードＳ専用オールコール質問信号の送信完了時点から前記モードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点までの時間間隔をオールコール期間ごとに異ならせて前記監視空域に送信する送信ステップと、
   前記送信された質問信号に対する応答信号を受信する受信ステップと、
   前記受信された応答信号のうちモードＳ応答信号の複数のスイープ単位にわたる相関度に基づいて、同じ航空機から送出された前記モードＳ応答信号を特定する特定ステップと、
   前記航空機ごとに特定されたモードＳ応答信号の前記スイープ単位ごとのレンジ情報のばらつきに基づいて、各モードＳ応答信号の有効または無効を判定する判定ステップとを具備することを特徴とする応答信号判定方法。
8. 前記送信ステップは、前記時間間隔を前記ＡＴＣＲＢＳトランスポンダのリカバリー時間より大きくするステップであることを特徴とする請求項７に記載の応答信号判定方法。

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