JP2006029872A

JP2006029872A - 二次監視レーダのモードｓオーバラップ質問による誤応答除去のための干渉除去方法及び方式

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Publication number: JP2006029872A
Application number: JP2004206452A
Authority: JP
Inventors: Tenpei Kondou; 天平近藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】モードＳ一括質問信号に誤応答する航空機搭載トランスポンダを検知せずに除去する手段を提供する。
【解決手段】二次監視レーダ内部の質問タイミング発生部にて、繰返し周期（T）を決定し、質問信号を送信する基準時刻（T1,T2,T3,T4）を決定し、次に、乱数により定数値（s1,s2,s3,s4）を発生させ、基準時刻（T1,T2,T3,T4）にこの乱数値を加えることにより、モードＳ一括質問の送信開始時刻を決定する。さらに、乱数により定数値（r1,r2,r3,r4）を発生させ、基準時刻（T1,T2,T3,T4）にこの乱数値を加えることにより、モードＡもしくはモードＣ一括質問の送信開始時刻を決定する。従ってモードＡ／Ｃ用のトランスポンダがモードＳの質問に誤応答して、モードＡ／Ｃ応答信号を送出しても、モードＡ／Ｃ用の質問信号としては相関が得られないので干渉信号とみなされて除去される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳＳＲ（Secondary Surveillance Radar：二次監視レーダ）システムに関し、特に、各繰返し周期内において、モードＳ一括質問／応答と、モードＡ／Ｃ一括質問／応答の両方の処理を行うことができるオーバラップ質問形式を備えたＳＳＲシステムに関する。

地上のＳＳＲから航空機に対して質問信号を送出し、航空機上のトランスポンダがこの質問信号に応答する信号を返す形式により航空管制を行うシステムが運用されている。例えばＳＳＲモードＡ／Ｃシステムでは、地上のＳＳＲから航空機に放射する質問モード信号は、搬送波を１０３０ＭＨｚとする一対のパルスから構成され、そのパルス間隔を異ならせることにより異なる質問内容を構成している。パルス間隔が８μｓのものはモードＡと呼び、航空機の識別コードを要求する。また、パルス間隔が２１μｓのものはモードＣと呼び、航空機の高度データを要求するものである。

航空機搭載のトランスポンダは、この質問モード信号を解読し、それに対する応答信号を返送する。応答信号は搬送波を１０９０ＭＨｚとする１２ビットのパルス列で構成されている。従って、航空機の最大識別数は４０９６である。また、高度データは、１００ｆｔ単位で、高度−１０００ｆｔから１２６７５０ｆｔまでコード化を可能にしている。

一方、ＳＳＲモードＳシステムは、ＳＳＲモードＡ／Ｃシステムの制約を排除し、航空管制能力の向上を図った新方式のＳＳＲシステムであり、その構成はモードＳ地上局と機上トランスポンダとからなる。使用する周波数はＳＳＲモードＡ／Ｃシステムと同一であるが、ＳＳＲモードＳシステムでは、全ての航空機に対して２４ビットからなる個別のアドレスを付与することにより、航空機の識別能力を４０９６（モードＡ／Ｃシステムの場合）から１６００万以上に増大している。

ＳＳＲモードＳ地上局は、質問信号を送出する際に、質問信号の中に航空機の個別アドレスを含めて質問する。従って、個別アドレスで指定された航空機のみが応答し、ＳＳＲモードＡ／Ｃシステムのように地上局のアンテナビーム内に存在するトランスポンダ搭載機がすべて一斉に応答することがなくなり、電波干渉の問題やシステムの飽和が改善される。しかし、ＳＳＲモードＡ／Ｃシステム用のトランスポンダを搭載した航空機が混在している関係上、現状では両システムに共用性を持たせるために、ＳＳＲモードＳシステムにモードＡ／Ｃシステムを包含したシステムとして運用されている（非特許文献３）。

そのため、従来のモードＳ二次監視レーダの質問方式におけるタイミングチャートは、図３（ａ）に示すように、１回の質問／応答繰返し周期Ｔ毎に、モードＳ、モードＡ、モードＣの順に質問信号を送出し、それに対する応答を処理している。図３（ａ）中のＳ１、Ａ１、Ｃ１・・・は、それぞれ、モードＳ一括質問、モードＡ一括質問、モードＣ一括質問を送信する時刻である。

一方、送信同期信号の繰り返し間隔をパルス毎に変えて２種以上の異なる繰り返し間隔で質問信号を送出するスタガ方式を採用し、数パルス間の相関を取ることにより二次監視レーダのレーダ干渉を除去する技術が、例えば特許文献１あるいは非特許文献１等において提案されている。図３（ｂ）は、このようなスタガ方式を採用した場合のモードＳ二次監視レーダの質問方式を示すタイミングチャートであり、Ｔ毎の繰返し周期に対し、乱数にて発生させた定数ｓ１、ｓ２，ｓ３，ｓ４・・・をそれぞれ加えた時刻に、モードＳ、もしくはモードＡ、モードＣの一括質問信号が送信され、各Ｔ繰返し周期内でそれぞれの応答が処理される。

また、１回の質問／応答繰返し周期Ｔ毎に、モードＳ及びモードＡ（もしくはモードＣ）の両方の質問／応答を処理することにより、質問信号の送信繰り返し間隔を短縮し、ＳＳＲデータの更新率を向上させるモードＳ二次監視レーダのオーバラップ質問形式が、例えば非特許文献２において提案されている。

図３（ｃ）は、このモードＳ二次監視レーダのオーバラップ質問形式を示すタイミングチャートであり、繰返し周期Ｔ毎にモードＳの質問信号を送信した後、該モードＳの質問信号を送信した同じ繰返し周期Ｔ内で、モードＳの質問信号送信時刻に定数ａを加えた時刻もしくは定数ｃを加えた時刻に、モードＡ一括質問信号もしくはモードＣ一括質問信号を送信する。そして、各Ｔ繰返し周期内において、モードＳ及びモードＡ（もしくはモードＣ）の応答が処理される。

この図３（ｃ）に示すモードＳ二次監視レーダのオーバラップ質問形式に対して、図３（ｂ）に示すスタガ方式を採用した場合には、そのモードＳ二次監視レーダの質問方式は、図３（ｄ）に示すようなタイミングチャートとなる。

この場合、その質問信号送信タイミングは、Ｔ毎の繰返し周期に対し、乱数にて発生させた定数ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４・・・を加えた時刻にそれぞれモードＳ一括質問の質問信号が送信され、該モードＳの質問信号を送信した同じ繰返し周期Ｔ内で、モードＳの質問信号送信時刻に更に定数ａを加えた時刻もしくは定数ｃを加えた時刻に、モードＡ一括質問信号もしくはモードＣ一括質問信号が送信される。そして、各Ｔ繰返し周期内において、モードＳ及びモードＡ（もしくはモードＣ）の応答が処理される。

特公昭５２−４５４７９号公報 MANUAL OF THE SECONDARY SURVEILLANCE RADAR (SSR) SYSTEMS, Second Edition, ICAO (International Civil Aviation Organization:国際民間航空機関.)編集 Doc 9684-AN/951, 1998, P.4-8 4.2.40項、P.7-4 7.3.11項 MANUAL OF THE SECONDARY SURVEILLANCE RADAR (SSR) SYSTEMS, Second Edition, ICAO編集 Doc 9684-AN/951, 1998, P.6-2 6.1.9項及びP.6-26 Figure 6-1 電子情報通信ハンドブック、社団法人電子情報通信学会編、平成４年１１月３０日、1487〜1488ページ

モードＳ二次監視レーダの質問方式を、図３（ｄ）に示すようなタイミングチャートにより実施すれば、モードＳとモードＡ／Ｃのいずれのレーダ干渉も除去可能であるが、このような、モードＳとモードＡ／Ｃ一括質問をオーバラップ質問形式にて質問信号を送信する二次監視レーダにおいて、航空機に搭載されているモードＡ／Ｃトランスポンダが、本来応答するはずのないモードＳ一括質問に対して応答してしまうことがある。これは、モードＳの概念が無い時代に設計された旧式、もしくは、整備不良のトランスポンダを搭載している場合に起こり得る。その場合トランスポンダ側は、モードＳの質問信号を誤ってモードＡもしくはモードＣの質問と認識して応答する。

航空機搭載のトランスポンダ側が、モードＳの質問信号を誤ってモードＡもしくはモードＣの質問と認識して応答した場合、レーダ側では、その応答がモードＳの質問信号に対する誤応答であると判定する手段を有していないので、モードＡ／Ｃ質問信号に対する正しい応答であると認識して、存在するはずの無い航空機を検知することになる。またその検知位置は、モードＡ／Ｃ一括質問に対する応答とみなされるので、モードＡ／Ｃ一括質問に対して応答する本来のターゲットとは別の位置に表示されることとなり、存在しない航空機を表示装置上に表示することになる。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、モードＳ一括質問信号に誤応答する航空機搭載トランスポンダを検知せずに除去する手段を提供することにある。

本発明のＳＳＲモードＳのシステムにおけるオーバラップ質問による誤応答除去のための干渉除去方法は、モードＳ一括質問／応答及びモードＡ／Ｃ一括質問／応答の処理を、各繰返し周期内でオーバラップ質問形式により実施するとともに、前記モードＳ一括質問と前記モードＡ／Ｃ一括質問に対して、それぞれ独立にスタガ方式によるレーダ干渉除去を実施することにより、前記モードＳ一括質問に対する誤応答を除去することを特徴とする。

また、本発明の二次監視レーダ装置は、モードＳとモードＡ／Ｃの質問信号をオーバラップして送信する繰返し周期を決定するとともに、該モードＳとモードＡ／Ｃ用にそれぞれ独立に乱数を発生させて前記繰り返し周期毎の前記モードＳとモードＡ／Ｃの質問信号の各送信時刻を決定する質問タイミング発生部と、該質問タイミング発生部により決定した時刻に前記モードＳとモードＡ／Ｃの質問信号をそれぞれ生成する質問信号発生部と、該質問信号発生部で生成した質問信号を送信する送信部、および航空機搭載のトランスポンダからの応答信号を受信する受信部と、受信した応答信号を前記質問信号の送信時刻と同期を取って符号化する符号化部と、該符号化部で符号化された応答信号がモードＳ応答符号か否かを判断し、モードＳ応答符号であった場合、応答毎に同じ航空機からの応答か否かの相関を取り、一定以上の応答数があった場合に航空機として検知するモードＳ応答解読部と、前記符号化部で符号化された応答信号がモードＡ／Ｃ応答符号か否かを判断し、モードＡ／Ｃ応答符号であった場合、応答毎に同じ航空機からの応答か否かの相関を取り、一定以上の応答数があった場合に航空機として検知するモードＡ／Ｃ応答信号解読部と、を備えていることを特徴とする。

本発明では、モードＳ一括質問とモードＡ／Ｃ一括質問のそれぞれに対し、各周期の中で独立にスタガをかけて質問信号を送出するので、トランスポンダが仮にモードＳ一括質問に対し誤応答しても、モードＡ／Ｃ一括質問を基準としてみた場合、同じトランスポンダからのモードＳ一括質問に対する誤応答はスタガにより応答毎にジッタが発生するため、相関が取れなくなる。そのためモードＳ一括質問に対する誤応答は、航空機を検知する条件の応答数を下回り、監視すべき航空機としては確立されない。

即ち、航空機搭載のモードＡ／Ｃ用トランスポンダがモードＳの質問に誤応答して、モードＡ／Ｃ応答信号を送出しても、ＳＳＲ基地局側では、モードＡ／Ｃ用の質問信号に対する相関が得られないので干渉信号とみなされ除去されてしまうから、モードＳの質問に対する誤応答によって存在しない航空機が表示されることはない。

本発明によれば、仮にモードＳ一括質問信号に対し、航空機搭載のモードＡ／Ｃ用トランスポンダがモードＡもしくはモードＣの誤応答を返したとしても、二次監視レーダ側では、応答はモードＡ／Ｃ応答信号解読部で処理されるために、応答毎の相関をとった場合、モードＳ一括質問信号の送信時刻とモードＡもしくはモードＣ一括質問信号送信時刻の間隔が一定ではないことから、モードＡ／Ｃ応答信号解読部では周期毎に異なるタイミングで応答を受信することになる。その為、航空機として検知可能な応答数の条件以下になり、航空機としては認識されないので、モードＳ一括質問信号に誤応答する航空機搭載トランスポンダを除去することができる。

また本発明は、乱数値を用いてモードＳ一括質問信号の送信時刻を決定している為に、レーダ干渉除去方式（スタガ）の機能も持ち合わせているので、近隣の二次監視レーダとの相互干渉を受けることもない。

図１は、本発明の実施形態を示す、二次監視レーダ（ＳＳＲ）システムのブロック図である。

本実施形態のＳＳＲシステムは、繰返し周期を決定するとともに乱数を発生させて各質問信号の送信時刻を決定する質問タイミング発生部１１２と、質問タイミング発生部１１２により決定した時刻に質問信号を生成する質問信号発生部１１１と、質問信号を送信する送信部１１０と、送信信号と受信信号を切り替える送受切替器１０４と、空中線１０３と、航空機搭載の送受信機（トランスポンダ）１０２からの応答信号を受信する受信部１０５と、応答を符号化する符号化部１０６と、モードＳ応答をする航空機を検知するモードＳ応答解読部１０７と、モードＡ／Ｃ応答をする航空機を検知するモードＡ／Ｃ応答信号解読部１０８と、解読した航空機を表示する表示装置１０９とから構成されている。

図２は、本実施形態におけるモードＳオーバラップ質問のタイミングチャートを示している。以下、図１〜図２を参照して本実施形態の動作について詳細に説明する。

まず、二次監視レーダ内部の質問タイミング発生部１１２にて、繰返し周期（図２のＴ）を決定し、質問信号を送信する基準時刻（図２のＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を決定する。次に、同じく質問タイミング発生部１１２にて、乱数によりいずれかの定数値（図２のｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４）を発生させ、基準時刻（図２のＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）にこの乱数値を加えることにより、モードＳ一括質問の送信開始時刻を決定する。

さらに、乱数によりいずれかの定数値（図２のｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４）を発生させ、基準時刻（図２のＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）にこの乱数値を加えることにより、モードＡもしくはモードＣ一括質問の送信開始時刻を決定する。但し乱数により決定したこの定数値（図２のｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４）は、モードＳ一括質問の送信開始時刻を決定する際に乱数によって求めた値（図２のｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４のいずれか）よりも大きく、かつ、４７μｓｅｃ（モードＳ一括質問とモードＡもしくはモードＣ一括質問の最低質問間隔条件：航空機搭載トランスポンダ側の規定による値）以上の乱数値であることとする。

質問タイミング発生部１１２により各質問信号の送信開始時刻が決定されると、質問信号発生部１１１では、決められた質問信号を生成し、送信部１１０は、決定された送信開始時刻に当該質問信号を送信する。送信部１１０から送信された質問信号は、送受切替器１０４を経由して空中線１０３から発射される。航空機搭載トランスポンダ側では、空中線１０１、送受信機１０２にてその質問信号を受信し、それに対する応答信号を生成して、空中線１０１から生成した応答信号を発射する。

二次監視レーダ側では、その応答信号を、空中線１０３、送受切替器１０４を経由して、受信部１０５にて受信する。受信した応答信号は、符号化部１０６にて質問タイミング発生部１１２からの質問送信時刻と同期を取り、符号化し、モードＳ応答解読部１０７とモードＡ／Ｃ応答解読部１０８に応答符号を送る。モードＳ応答信号解読部１０７では、受信した応答符号がモードＳ応答符号か否かを判断し、モードＳ応答であった場合、応答毎に同じ航空機からの応答か否かの相関を取り、相関が認められる一定以上の応答数があった場合に航空機として検知することとなる。

同様に、モードＡ／Ｃ応答信号解読部１０７では、受信した応答符号がモードＡ／Ｃ応答符号か否かを判断し、モードＡ／Ｃ応答であった場合、応答毎に同じ航空機からの応答か否かの相関を取り、相関が認められる一定以上の応答数があった場合に航空機として検知することとなる。その後、表示装置１０９にて、検知した航空機を表示する。

本実施形態では、繰返し周期から決められた基準時刻に対し、乱数値を用いて、個別にモードＳ一括質問信号の送信時刻とモードＡもしくはモードＣ一括質問信号の送信時刻を決定しているため、モードＳ一括質問信号の送信時刻とモードＡもしくはモードＣ一括質問信号送信時刻の間隔は繰返し周期毎に異なり一定ではない。そのため、モードＳ一括質問信号に誤応答する航空機搭載トランスポンダからのモードＡ／Ｃ応答は、繰返し周期毎にジッタを発生し同じ航空機からの応答としての相関が得られないことになる。

即ち、モードＡ／Ｃ応答信号解読部１０７では、所定周期数の間、このモードＳ一括質問信号に誤応答する航空機搭載トランスポンダからのモードＡ／Ｃ応答に相関する応答数をカウントしても、一定以上の応答数が得られないために干渉信号とみなされ、除外されてしまうので、モードＳ一括質問信号に誤応答する航空機搭載トランスポンダは検知されなくなる。

なお、上記実施例では、質問タイミング発生部１１２にて発生させ、一括質問の送信開始時刻を決める為の乱数値を、モードＳ及びモードＡ／Ｃ一括質問用にそれぞれ４種類の値（図２のｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４と、ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４）としているので、干渉信号あるいは誤応答が発生しても、相関を取ることによりその応答数は１／４に減少するので、適当な閾値を設定することによりそれらの干渉信号あるいは誤応答を排除することができる。

なお、一括質問の送信開始時刻を決める為の乱数値の数は４種類に限定されるものではなく、乱数によりとりうる値を５種類以上とすれば、相関を取ったときの干渉信号あるいは誤応答による応答数を更に減らすことができ、モードＳ一括質問信号に誤応答する航空機搭載トランスポンダをより確実に除外することができる。また、モードＳ及びモードＡ／Ｃ用として用いる前記乱数の数は必ずしも等しくする必要はなく、例えばモードＳ用として４種類、モードＡ／Ｃ用として６種類というように、互いに異なる数の乱数値を用いても良い。

本発明の実施形態を示す、二次監視レーダシステムのブロック図である。本実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。従来の二次監視レーダシステムの動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１０１、１０３空中線
１０２送受信機
１０４送受切替器
１０５受信部
１０６符号化部
１０７モードＳ応答解読部
１０８モードＡ／Ｃ応答信号解読部
１０９表示装置
１１０送信部
１１１質問信号発生部
１１２質問タイミング発生部

Claims

モードＳ一括質問／応答及びモードＡ／Ｃ一括質問／応答の処理を、各繰返し周期内でオーバラップ質問形式により実施するとともに、前記モードＳ一括質問と前記モードＡ／Ｃ一括質問に対して、それぞれ独立にスタガ方式によるレーダ干渉除去を実施することにより、前記モードＳ一括質問に対する誤応答を除去することを特徴とするＳＳＲ（Secondary Surveillance Radar：二次監視レーダ）モードＳのシステムにおけるオーバラップ質問による誤応答除去のための干渉除去方法。
各繰返し周期内で、モードＳ一括質問／応答及びモードＡ／Ｃ一括質問／応答の処理を、オーバラップ質問形式により実施するＳＳＲ（Secondary Surveillance Radar：二次監視レーダ）モードＳシステムにおいて、
前記モードＳ一括質問と前記モードＡ／Ｃ一括質問に対して、それぞれ独立にスタガ方式によるレーダ干渉除去を実施する手段を備えていることを特徴とするＳＳＲのモードＳオーバラップ質問による誤応答除去のための干渉除去方式。
前記モードＳ一括質問と前記モードＡ／Ｃ一括質問に対して、それぞれ独立にスタガ方式によるレーダ干渉除去を実施する手段は、
前記モードＳとモードＡ／Ｃの質問信号をオーバラップして送信する繰返し周期を決定するとともに、該モードＳとモードＡ／Ｃ用にそれぞれ独立に乱数を発生させて前記繰り返し周期毎の前記モードＳとモードＡ／Ｃの質問信号の各送信時刻を決定する質問タイミング発生手段と、応答信号がモードＳ応答符号か否かを判断し、モードＳ応答符号であった場合、応答毎に同じ航空機からの応答か否かの相関を取り、一定以上の応答数があった場合に航空機として検知するモードＳ応答解読手段と、応答信号がモードＡ／Ｃ応答符号か否かを判断し、モードＡ／Ｃ応答符号であった場合、応答毎に同じ航空機からの応答か否かの相関を取り、一定以上の応答数があった場合に航空機として検知するモードＡ／Ｃ応答信号解読手段を有していることを特徴とする請求項２に記載のＳＳＲのモードＳオーバラップ質問による誤応答除去のための干渉除去方式。
前記質問タイミング発生手段は、前記モードＳとモードＡ／Ｃ用にそれぞれ一定数の乱数を発生させ、該一定数の乱数を所定の順番で順次繰り返すことにより、前記繰り返し周期毎の前記モードＳとモードＡ／Ｃの質問信号の各送信時刻を決定する機能を有していることを特徴とする請求項３に記載のＳＳＲのモードＳオーバラップ質問による誤応答除去のための干渉除去方式。
モードＳとモードＡ／Ｃの質問信号をオーバラップして送信する繰返し周期を決定するとともに、該モードＳとモードＡ／Ｃ用にそれぞれ独立に乱数を発生させて前記繰り返し周期毎の前記モードＳとモードＡ／Ｃの質問信号の各送信時刻を決定する質問タイミング発生部と、
該質問タイミング発生部により決定した時刻に前記モードＳとモードＡ／Ｃの質問信号をそれぞれ生成する質問信号発生部と、
該質問信号発生部で生成した質問信号を送信する送信部、および航空機搭載のトランスポンダからの応答信号を受信する受信部と、
前記受信部で受信した応答信号を前記質問信号の送信時刻と同期を取って符号化する符号化部と、
前記符号化部で符号化された応答信号がモードＳ応答符号か否かを判断し、モードＳ応答符号であった場合、応答毎に同じ航空機からの応答か否かの相関を取り、一定以上の応答数があった場合に航空機として検知するモードＳ応答解読部と、
前記符号化部で符号化された応答信号がモードＡ／Ｃ応答符号か否かを判断し、モードＡ／Ｃ応答符号であった場合、応答毎に同じ航空機からの応答か否かの相関を取り、一定以上の応答数があった場合に航空機として検知するモードＡ／Ｃ応答信号解読部と
を備えていることを特徴とする二次監視レーダ装置。