JP2006105897A - マルチレーダシステム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチレーダシステムの管制所に、航空機の正確な位置を正確に表示する。
【解決手段】ＧＰＳ衛星１からのＧＰＳ信号をＧＰＳアンテナ２１、２２で受信し、ＧＰＳクロック受信機３１、３２が正確な標準時刻（任意のタイムゾーン）をＮＴＰ（ネットワークタイムプロトコル）にてＬＡＮ９１、９２に出力する。ＬＡＮ９１、９２に接続される信号処理プロセッサ４１、４２は、ＧＰＳクロック受信機３１、３２から出力される標準時刻を使用して、自身のシステムクロックを較正する。タイムスタンプ生成部１０１、１０２では、レーダ５１、５２で検出した航空機の位置情報に、航空機を検出した時刻をＧＰＳクロックによるタイムスタンプとして付与する。タイムスタンプを付与された航空機位置データは、ＷＡＮ６経由で情報処理装置７に伝送される。情報処理装置７では、レーダからの航空機位置データに対して、追尾処理（相関、予測、虚偽目標棄却）、位置算出処理を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチレーダシステム及びその制御方法に関し、特に、管制所において、航空機の位置を正確に算出するマルチレーダシステム及びその制御方法に関する。

従来、レーダは、航空機位置情報を含むターゲットメッセージ、レーダアンテナが磁北を通過したタイミングで送出されるノースメッセージ、３６０度を３２分割したセクタと呼ばれるエリアをレーダアンテナが通過したタイミングで送出されるセクタメッセージの３種類を管制所の情報処理装置に送出している。

セクタメッセージは、後に続くターゲットメッセージの該当するセクタを示すＩＤ的な役割と、表示更新のタイミング処理という役割をもつ。

この方式では、レーダアンテナが磁北を通過したタイミングで送出されるノースメッセージから次のノースメッセージまでの時間を測定し、単純にセクタ数で除した時間をノースメッセージ受信時刻に加算することで、各セクタメッセージ、及びターゲットメッセージの時刻として使っている。

すなわち、レーダが航空機を検出した時刻や、ターゲットメッセージを送出した時刻ではなく、管制所の情報処理装置側が、ノースメッセージを受信した時刻をもとに、単純計算でターゲットメッセージに含まれる航空機位置情報の時刻を算出している。

このような従来のマルチレーダの情報処理装置では、各レーダにおいて、ノースメッセージ受信時刻Ｔｎと直前のノースメッセージ受信時刻Ｔｎ’の差を計算し、レーダアンテナ１回転分の時間を計算する。この時間を３２等分し、各セクタまでのセクタ数Ｓを乗じたものを、ノースメッセージ受信時刻Ｔｎに加算して、情報処理装置がターゲットメッセージを受信した時刻Ｔｔを求める。さらに、情報処理装置がターゲットメッセージを受信した時刻Ｔｔから伝送遅延見込み時間（伝送遅延＋処理遅延）Ｔｄｅｌａｙを減算することにより、レーダが航空機を検出した時刻Ｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎとしている。

しかし、各レーダサイトと管制所の情報処理装置が同じ時計を持っていないため、レーダで航空機を検出した時刻Ｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎを計算で求める場合、上述のように伝送遅延を見込み時間Ｔｄｅｌａｙとするしかなく、計算を繰り返すことによる誤差の混入、など時刻情報に対する潜在的な誤差を相当量含んでおり、多くの計算誤差と伝送遅延などの予測誤差を含むことは避けられなかった。

空港周辺に山などの障害物がある場合や広範囲の航空機を管制する場合、複数の航空管制用レーダを使用して航空機の位置を検出するが、航空機の位置情報は、情報処理装置で処理された後、表示装置にて飛行計画などの情報とともに管制官に提供される。複数のレーダを使用する場合は、複数のデータ源が存在するため、データの相関をとり、単一の表示装置に表示するための合成処理が必要となる。

しかし、処理している間にも航空機は飛行を続けており、多くの計算誤差を含んだ航空機位置情報を表示に使用することは、管制官に与える情報の確かさを損なうことにつながる。航空機の位置を正確に把握することができない場合、安全確保のためのマージンとして、航空機のセパレーションを大きくすることにより対処していた。

そこで、例えば、特許文献１には、ＧＰＳで受信した正確な時間情報を管理装置に送信し、複数のレーダ装置から、非同期に入力される複数の移動体の位置データを一元化して管理することができる移動体管理装置が開示されている。

特開平７−９２２６０号公報（図１）

しかし、特許文献1では、移動体の位置データを一元化して管理するが、移動体の位置を管制所側で正確に算出し表示することはできない。

そこで、本発明の目的は、レーダが航空機を検出した位置に航空機が存在した時刻を正確に取得し、ＧＰＳから得られる絶対時刻を情報処理装置に送出することにより、計算誤差を低減し航空機位置を正確に算出、表示することである。

前述の課題を解決するため本発明のマルチレーダシステム及びその制御方法は次のような特徴的な構成を採用している。

（１）１以上の航空機の位置を検出する複数のレーダサイトと、当該航空機位置を前記レーダサイトから受信する情報処理装置を含む管制所とを通信回線で接続したマルチレーダシステムにおいて、
前記レーダサイトは、ＧＰＳ電波又は電波時計用標準電波からクロック信号を受信するクロック受信機と、航空機から反射したレーダエコー信号から前記航空機位置を算出する信号処理プロセッサと、前記レーダエコー信号を受信した時間にタイムスタンプを付与するタイムスタンプ生成部とを備え、
前記クロック信号、前記航空機位置及び前記タイムスタンプを、前記情報処理装置に送信するマルチレーダシステム。

（２）前記情報処理装置のシステムクロックを、前記クロック信号で較正する上記（１）のマルチレーダシステム。

（３）前記システムクロックを定期的に較正する上記（２）のマルチレーダシステム。

（４）１以上の航空機の位置を検出する複数のレーダサイトと、当該航空機位置を前記レーダサイトから受信する情報処理装置を含む管制所とを通信回線で接続したマルチレーダシステムにおいて、
前記レーダサイトは、ＧＰＳ電波又は電波時計用標準電波からクロック信号を受信するクロック受信機と、航空機から反射したレーダエコー信号から前記航空機位置を算出する信号処理プロセッサと、前記レーダエコー信号を受信した時間にタイムスタンプを付与するタイムスタンプ生成部とを備え、
前記航空機位置及び前記タイムスタンプを、前記情報処理装置に送信するマルチレーダシステム。

（５）前記情報処理装置に、ＧＰＳ電波又は電波時計用標準電波からクロック信号を受信するクロック受信機とを接続し、
前記クロック信号に基づいて、前記情報処理装置のシステムクロックを生成する上記（４）のマルチレーダシステム。

（６）１以上の航空機の位置を検出する複数のレーダサイトと、当該航空機位置を前記レーダサイトから受信する情報処理装置を含む管制所とを通信回線で接続したマルチレーダシステム制御方法において、
前記情報処理装置のシステムクロックを、ＧＰＳ電波又は電波時計用標準電波から受信したクロック信号に基づいて生成したクロック信号により較正するステップと、
航空機から反射したレーダエコー信号を受信した時間にタイムスタンプを付与するステップと、
前記システムクロックと前記タイムスタンプとを比較して前記航空機位置を表示するステップとを含むマルチレーダシステム制御方法。

（７）前記レーダエコー信号を受信した時間にタイムスタンプを付与するステップと、
前記システムクロックと前記タイムスタンプとを比較して前記航空機位置を表示するステップとを含む上記（６）のマルチレーダシステム制御方法。

本発明によれば、異なる複数箇所であっても、ＧＰＳ時刻を基準時刻として全ての構成品が同期した状態で処理を行うため、伝送遅延の予測誤差、計算過程で発生する誤差などを低減できることである。また、時刻の計算がレーダ毎に異なるターゲットメッセージ受信時刻哉や航空機の検出時刻を推定する必要がないため、情報処理装置の処理負荷を軽減できるという効果もある。単一のクロックで動作するため、ネットワーク通信の送信タイミングを制御することによりネットワークトラフィック負荷を軽減できるという効果もある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の好適実施例では、ＧＰＳからの正確な時刻情報を、レーダ、情報処理装置、及び表示装置のすべての構成要素で共有することにより、正確な時刻同期を実現する。ＧＰＳから得られる時刻情報により、レーダで航空機を検出した時刻をタイムスタンプとして、情報処理装置へのデータに付与する。情報処理装置側も同様にＧＰＳにより得られる時刻情報により動作しており、複数のレーダから送られてくる航空機位置データをタイムスタンプに基づき、合成、表示の処理を行う。ＧＰＳから得られる絶対時刻を使用して、合成処理することにより、ある時刻の航空機の位置を正確に算出し、管制官へ情報提供することが可能になる。

図１は、マルチレーダシステムのブロック図である。
ＧＰＳ衛星１からのＧＰＳ信号はＧＰＳアンテナ２１、２２で受信され、ＧＰＳクロック受信機３１、３２により正確な標準時刻（任意のタイムゾーン）がＮＴＰ（ネットワークタイムプロトコル）にてＬＡＮ９１、９２に出力される。

ＬＡＮ９１、９２に接続される信号処理プロセッサ４１、４２は、ＧＰＳクロック受信機３１、３２から出力される標準時刻を使用して、自身のシステムクロックを較正する。

信号処理プロセッサ４１、４２では、各レーダ５１、５２で受信したエコー信号により航空機位置を検出する。

タイムスタンプ生成部１０１、１０２は、レーダエコー信号を受信した時刻に対してタイムスタンプを付与する。

次に、タイムスタンプを付与された航空機位置データは、ＬＡＮ９１、９２、ＷＡＮ６経由で管制所の情報処理装置７に伝送される。情報処理装置７では、レーダ５１、５２からの航空機位置データに基づいて、受信処理、追尾処理（相関、予測、虚偽目標棄却）、位置算出処理を実行する。情報処理装置７は、時刻をキーとして、現時刻の航空機位置を表示データとして、レーダ表示装置８に送出し、画面上に表示する。

図２は、レーダメッセージ受信タイミングチャートである。
それぞれのレーダ５１、５２は、ターゲットメッセージ（航空機の位置情報）、セクタメッセージ（３６０度を３２分割し、各ブロックのターゲットメッセージの直前に送出される）、及びノースメッセージ（アンテナが磁北を通過したタイミングで送出される）を出力する。ターゲットメッセージは、方位、距離、及び２次レーダが有効な場合は高度による、航空機の位置情報であり、３６０度を３２分割した１セクタ毎にグルーピングされたデータ列として出力される。異なる複数箇所に設置されるレーダ５１、５２の回転は同期しておらず、異なるタイミングで磁北を通過し、異なるタイミングで異なる方向の航空機を検出する。

信号処理プロセッサ４１、４２では、ＧＰＳにより得られた正確な基準時刻に基づき、自身のシステムクロックを定期的に校正し、他のレーダサイト、及び情報処理装置７と同じ時刻を共有している。

ＧＰＳクロック受信機３１、３２と信号処理プロセッサとに接続されたタイムスタンプ生成部１０１、１０２では、全てのレーダメッセージに対し、基準時刻に基づくタイムスタンプを付与する。レーダメッセージは、ＬＡＮ９１、９２、ＷＡＮ６（光通信ネットワーク、ＩＮＳデジタル通信網、マイクロ波リンクなど）を経由して、情報処理装置７に伝送される。

情報処理装置７では、レーダ５１、５２と同様に、ＧＰＳ時刻によりシステムクロックを定期的に較正しているため、レーダと同じ時刻の時計を共有している。受信したメッセージのタイムスタンプと、ＧＰＳ時刻により較正した自己のシステムクロックにより、現時刻（情報処理装置での処理時刻）と航空機を検出した時刻を比較し、時刻同期処理を行い、航空機の位置を決定し、レーダ表示部にて表示する。
情報処理装置７は、レーダ５１から当該航空機のＴ１ｔ時（ＡＡ時ＢＢ分ＣＣ秒）の位置情報を、レーダ５２から当該航空機のＴ２ｔ時（ＡＡ時ＢＢ分ＤＤ秒）の位置情報を得る。

これら２つの航空機の位置情報、及び時刻情報、さらに情報処理装置の時刻（現在の時刻）に基づき、計算に使用するターゲットデータの選定、及び幾何学的な位置合成の計算を行い、レーダ表示部に表示する航空機位置を決定する。従来の方式ではＴ１ｎと前回のノースメッセージ受信時刻の時間差（すなわちレーダ１回転の時間）を３２分割した時間をセクタ分Ｔ１ｎに加算し、Ｔ１ｓ、Ｔ１ｔの時刻を得ていたが、これに対して、本発明では、Ｔ１ｎ、Ｔ１ｓ、Ｔ１ｔもタイムスタンプとして与えられ、しかも情報処理装置７と同期した時計の時刻であることから、時刻を計算することなく直接的に得ることができる。さらに、同じ時計で動作しているため、メッセージ中のタイムスタンプと、情報処理装置での受信時刻により、伝送遅延を正確に算出することができる。

図３は、マルチレーダシステム制御の動作手順を示すフローチャートである。図３を参照して本発明のマルチレーダシステム制御方法について説明する。

先ず、ステップＳ１０において、ＧＰＳアンテナ２１とＧＰＳクロック受信機３１、ＧＰＳアンテナ２２とＧＰＳクロック受信機３２により、各レーダサイトはＧＰＳクロックを受信する。

次に、ステップＳ２０において、管制所などの情報処理装置７のシステムクロックをＧＰＳクロックにより較正する。この較正処理は、レーダメッセージ間隔より短い時間間隔で定期的に行うことが好ましい。続いて、ステップＳ３０において、レーダメッセージに対しＧＰＳクロックによるタイムスタンプを付与する。タイムスタンプの生成は、タイムスタンプ生成部１０１、１０２において行う。

次に、ステップＳ４０において、システムクロックとタイムスタンプを減算して航空機の位置をレーダ表示装置８に表示する。このようにして、レーダ５１、５２が航空機からの反射波を受信する毎にステップＳ３０からＳ５０を繰り返す。

以上、本発明の実施例について説明したが、実施例はこれに限定されるものではない。例えば、ＧＰＳ電波に替えて、電波時計用標準電波を受信してもよい。電波時計は、正確な時刻情報やカレンダー情報をのせた標準電波を受信することにより、正しい日本標準時刻に自動修正する時計である。標準電波は総務省および通信総合研究所が運用しており、福島局と九州局の送信所から、標準電波（タイムコード情報）を送信している。この２局の標準電波の送信により、日本全国の広い範囲をカバーする電波環境が整っている。ＧＰＳが米国国防省により運用されているのに対し、電波時計は、日本の政府、機関が運用しているため、他国の政策、軍事情勢などに左右されずマルチレーダの基準時刻として使用できる利点がある。

また、ＧＰＳクロック受信機３１、３２に信号処理プロセッサ４１、４２を接続し、信号処理プロセッサ４１、４２がタイムスタンプを生成してもよい。

更に、図４に示すように、情報処理装置７に、ＧＰＳアンテナ７２、ＧＰＳクロック受信機７１を接続し、ＧＰＳクロック信号を入力し、情報処理装置７のシステムクロックを生成してもよい。この場合は、ＧＰＳクロック受信機３１、３２から情報処理装置にＧＰＳクロック信号を送信する必要がなく、処理遅延が生じない。

本発明によるマルチレーダシステムの一実施例を示すブロック構成図である。 本発明の実施例のマルチレーダシステムにおけるレーダメッセージのタイミングチャートである。 本発明の実施例におけるマルチレーダシステム制御方法の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施例によるマルチレーダシステムのブロック構成図である。

符号の説明

１ ＧＰＳ衛星
２１、２２、７２ ＧＰＳアンテナ
３１、３２、７１ ＧＰＳクロック受信機
４１、４２ 信号処理プロセッサ
５１，５２ レーダ
６ ＷＡＮ
７ 情報処理装置
８ レーダ表示装置
９１、９２ ＬＡＮ
１０１、１０２ タイムスタンプ生成部

Claims (7)

1. １以上の航空機の位置を検出する複数のレーダサイトと、当該航空機位置を前記レーダサイトから受信する情報処理装置を含む管制所とを通信回線で接続したマルチレーダシステムにおいて、
   前記レーダサイトは、ＧＰＳ電波又は電波時計用標準電波からクロック信号を受信するクロック受信機と、航空機から反射したレーダエコー信号から前記航空機位置を算出する信号処理プロセッサと、前記レーダエコー信号を受信した時間にタイムスタンプを付与するタイムスタンプ生成部とを備え、
   前記クロック信号、前記航空機位置及び前記タイムスタンプを、前記情報処理装置に送信することを特徴とするマルチレーダシステム。
2. 前記情報処理装置のシステムクロックを、前記クロック信号で較正することを特徴とする請求項１に記載のマルチレーダシステム。
3. 前記システムクロックを定期的に較正することを特徴とする請求項２に記載のマルチレーダシステム。
4. １以上の航空機の位置を検出する複数のレーダサイトと、当該航空機位置を前記レーダサイトから受信する情報処理装置を含む管制所とを通信回線で接続したマルチレーダシステムにおいて、
   前記レーダサイトは、ＧＰＳ電波又は電波時計用標準電波からクロック信号を受信するクロック受信機と、航空機から反射したレーダエコー信号から前記航空機位置を算出する信号処理プロセッサと、前記レーダエコー信号を受信した時間にタイムスタンプを付与するタイムスタンプ生成部とを備え、
   前記航空機位置及び前記タイムスタンプを、前記情報処理装置に送信することを特徴とするマルチレーダシステム。
5. 前記情報処理装置に、ＧＰＳ電波又は電波時計用標準電波からクロック信号を受信するクロック受信機とを接続し、
   前記クロック信号に基づいて、前記情報処理装置のシステムクロックを生成することを特徴とする請求項４に記載のマルチレーダシステム。
6. １以上の航空機の位置を検出する複数のレーダサイトと、当該航空機位置を前記レーダサイトから受信する情報処理装置を含む管制所とを通信回線で接続したマルチレーダシステム制御方法において、
   前記情報処理装置のシステムクロックを、ＧＰＳ電波又は電波時計用標準電波から受信したクロック信号に基づいて生成したクロック信号により較正するステップと、
   航空機から反射したレーダエコー信号を受信した時間にタイムスタンプを付与するステップと、
   前記システムクロックと前記タイムスタンプとを比較して前記航空機位置を表示するステップとを含むことを特徴とするマルチレーダシステム制御方法。
7. 前記レーダエコー信号を受信した時間にタイムスタンプを付与するステップと、
   前記システムクロックと前記タイムスタンプとを比較して前記航空機位置を表示するステップとを含むことを特徴とする請求項６に記載のマルチレーダシステム制御方法。
   
   

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