JP2010066097A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルスに発生した歪みを容易に補正する。
【解決手段】航空機に送信する応答パルスをアナログ信号に変換して送信用に処理するアナログ回路１０２，１０４，１０５と、アナログ回路１０２，１０４，１０５で処理された応答パルスをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０８と、Ａ／Ｄ変換器１０８でディジタル信号に変換された応答パルスと航空機に送信する応答パルスの理想波形との差分を利用して、アナログ回路１０２，１０４，１０５で応答パルスに生じた歪みを補正した新たな応答パルスを生成する補正実行部１１１と、この新たな応答パルスを送信用のパルスとして出力するパルス波形出力部１０１とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、航空機が位置を把握するために航空機との間で送受信する際、パルスを補正する距離測定装置に関する。

航空機では様々な方法で位置を検出しながら飛行を行なうが、航空機と地上局間の距離を距離測定装置（ＤＭＥ：Distance Measuring Equipment）を利用して測定し、航空機の位置を把握することがある（例えば、非特許文献１参照）。図４に示すように、距離測定装置１は地上局に設置される装置であり、航空機２から送信されるパルスを受信すると、受信したパルスに応答するパルスを航空機２に送信する。航空機２では、このパルスの送受信を利用して、距離測定装置１（地上局）との距離を測定し、飛行している位置を把握することができる。

具体的には、図５に示すように、航空機２は、距離測定装置１に質問パルスＰ１を送信する。この質問パルスＰ１はパルス幅が３．５μｓのツインパルスであり、国際的に運用モード毎のパルス間隔や遅延間隔等が規定されている。また、パルスに利用する周波数は、ＤＭＥ毎に異なる値が設定されている。図５に一例を示すパルスは、パルス間隔が１２μｓであるＤＭＥ／Ｎの運用モードである。

航空機２から送信された質問パルスＰ１を受信した距離測定装置１は、質問パルスＰ１を受信して決められた時間（Ｔｄ）の経過後、航空機２に対して質問パルスＰ１に応答する応答パルスＰ２を送信する。ＤＭＥ／Ｎモードの場合、この応答パルスＰ２もパルス幅が３．５μｓで、パルス間隔が１２μｓである。

航空機２は、距離測定装置１から送信された応答パルスＰ２として受信する。応答パルスＰ２を受信した航空機２は、質問パルスＰ１の送信時刻ｔ１および応答パルスＰ２の受信時刻ｔ２とから求められる応答時間Ｔと、電波（信号）の伝送速度とに基づいて、距離測定装置１から航空機２までの距離を測定している。

従来の距離測定装置１と航空機２では、受信するパルスＰ１，Ｐ２の検出に、パルス幅を利用している（例えば、特許文献１参照）。すなわち、所定のパルス幅及びパルス間隔で特定できるパルスを受信したとき、距離測定の為に送受信されるパルスであると判定し、処理を実行している。

実際に距離測定装置１や航空機２で送受信される各パルスは、アナログ信号であるが、距離測定装置１におけるアナログ回路の経年変化により歪みが生じる問題がある。パルスが受けた歪みの影響を補正することが望ましいが、アナログ信号をアナログ回路を利用して補正することは困難であった（例えば、特許文献１および２参照）。
特開２００７−２５９４５１号公報 特開２００８−１１１７１号公報 ICAO、「Aeronautical Telecommunications Annex 10 VolumeIV Surveillance Rader and Collision Avoidance System」、1998年7月

上述したように、従来の距離測定装置１では、アナログ回路の経年変化により生じる歪みを補正することが困難であるという問題があった。

従って本発明は、パルスに発生した歪みを容易に補正する距離測定装置を提供する。

本発明の特徴に係る距離測定装置は、航空機から送信された質問パルスを受信し、航空機で地上の基準位置からの距離を測定するために利用される応答パルスを送信する距離測定装置であって、航空機に送信する応答パルスをアナログ信号に変換して送信用に処理するアナログ回路と、アナログ回路で処理された応答パルスをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換された応答パルスと航空機に送信する応答パルスの理想波形との差分を利用して、アナログ回路で応答パルスに生じた歪みを補正した新たな応答パルスを生成する補正実行部と、この新たな応答パルスを送信用のパルスとして出力するパルス波形出力部とを備える。

本発明の他の特徴に係る距離測定装置は、航空機から送信された質問パルスを受信し、航空機で地上の基準位置からの距離を測定するために利用される応答パルスを送信する距離測定装置であって、航空機から受信した質問パルスと航空機から受信する質問パルスの理想波形とを合成し、アナログ信号に変換するとともに質問パルスの検出用に処理するアナログ回路と、アナログ回路で処理された質問パルスをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換された質問パルスと航空機から受信する質問パルスの理想波形との差分を利用して、アナログ回路で質問パルスに生じた歪みを補正した新たな質問パルスを生成する補正実行部とを備える。

本発明によれば、パルスに発生した歪みを容易に補正することができる。

図１乃至図３を用いて本発明の最良の実施形態に係る距離測定装置（ＤＭＥ）１について説明する。

距離測定装置１は、送信処理部１０、受信処理部２０、サーキュレータ３０、アンテナ４０及び制御部５０を備えている。送信処理部１０は制御部５０から入力するパルス送信トリガに従って応答パルス（ツインパルス）を生成し、生成した応答パルスをサーキュレータ３０およびアンテナ４０を介して航空機２に送信する。また、アンテナ４０が質問パルス（ツインパルス）を受信すると、サーキュレータ３０を介して受信処理部２０に質問パルスを出力し、受信処理部２０はこの質問パルスの処理結果を制御部５０に出力する。

制御部５０は、受信処理部２０から入力する質問パルスに応じて、応答パルスを送信するタイミングを決定し、決定したタイミングで応答パルスが送信されるように送信処理部１０にパルス送信トリガを出力する。応答パルスの送信のタイミングは、距離測定装置１で航空機２から質問パルスを受信してから応答パルスを送信するまでの時間として定められている時間に応じて決定される。

〈送信処理部〉
まず、図２を参照して送信処理部１０について説明する。この送信処理部１０は、航空機２に送信する応答パルスをアナログ信号に変換して送信用に処理するＤ／Ａ変換器１０２、ミキサ１０４およびＲＦアンプ１０５等のアナログ回路で応答パルスに生じた歪みを逆方向に補正して新たな応答パルスを生成する送信信号補正処理部１００を備えている。この新たな応答パルスは、アナログ回路で生じる歪みに対して逆方向に補正されているため、アナログ回路で処理された後に歪みのないパルス波形になり、歪みのない応答パルスを航空機に送信することができる。

パルス波形出力部１０１は、制御部５０からパルス送信用トリガを入力すると、補正処理部１００のＩＦＦＴ実行部１１３から入力する応答パルスのパルス波形をＤ／Ａ変換器１０２に出力する。ここで、パルス波形出力部１０１が出力するパルス波形は、Ｄ／Ａ変換器１０２、ミキサ１０４およびＲＦアンプ１０５によって与えられる歪みが補正実行部１１３で逆補正された波形である。

Ｄ／Ａ変換器１０２は、パルス波形出力部１０２から入力するパルス波形をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ミキサ１０４に出力する。このＤ／Ａ変換器１０２は、アナログ回路であるため、経年変化が生じる。したがって、Ｄ／Ａ変換器１０２から出力されるパルス波形には、歪みが含まれることがある。

発振器１０３は、距離測定装置１で定められているチャネル周波数（例えば、１ＧＨｚ）のＲＦ信号をミキサ１０４とミキサ１０７に出力する。

ミキサ１０４は、Ｄ／Ａ変換器１０２から入力するパルス波形と発振器１０３から入力するＲＦ信号の周波数とをアップコンバートしてパルス波形を変調し、ＲＦ信号となったパルス波形をＲＦアンプ１０５に出力する。このミキサ１０４もＤ／Ａ変換器１０２と同様にアナログ回路であるため、ミキサ１０４から出力されるパルス波形には経年変化によって生じる歪みが含まれることがある。

ＲＦアンプ１０５は、ミキサ１０４から入力するパルス波形を増幅し、カプラ１０６に出力する。このＲＦアンプ１０５もＤ／Ａ変換器１０２およびミキサ１０４と同様にアナログ回路であるため、ＲＦアンプ１０５から出力されるパルス波形には経年変化によって生じる歪みが含まれることがある。

カプラ１０６は、ＲＦアンプ１０５から入力したパルス波形を応答パルスとしてサーキュレータ３０に出力し、アンテナ４０を介して送信する。また、カプラ１０６は、ＲＦアンプ１０５から入力した応答パルスをミキサ１０７に出力する。この応答パルスは、Ｄ／Ａ変換器１０２、ミキサ１０４およびＲＦアンプ１０５を経ているため、Ｄ／Ａ変換器１０２、ミキサ１０４およびＲＦアンプ１０５で生じた歪みが含まれることがある。

ミキサ１０７は、カプラ１０６から入力する応答パルスと発振器１０３から入力するＲＦ信号の周波数とをダウンコンバートして変調し、Ａ／Ｄ変換器１０８に出力する。

Ａ／Ｄ変換器１０８は、ミキサ１０７から入力する応答パルスをアナログ信号からディジタル信号に変換し、ＦＦＴ実行部１０９に出力する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１０８は、パルス波形出力部１０１から出力される波形ではなく、実際に航空機に送信するアナログ回路の歪みを含む応答パルスと同一のパルス波形を入力することができる。

ＦＦＴ実行部１０９は、アナログ回路によるパルス波形の歪みを補正するため、パルス波形をフーリエ変換して応答パルスの周波数成分（周波数スペクトラム）を求め、補正データ生成部１１０と、補正実行部１１１に出力する。

理想波形記憶部１１２は、距離測定装置１が送信する応答パルスの理想的なパルス波形の周波数成分（周波数スペクトラム）を記憶している。

補正データ生成部１１０は、理想波形記憶部１１２から理想的なパルス波形の周波数成分を読み出し、ＦＦＴ実行部１０９から入力した周波数成分と比較して各周波数成分の差分を求め、この差分を送信パルスに含まれる歪みを補正する補正データとし、補正実行部１１１に出力する。

補正実行部１１１は、ＦＦＴ実行部１０９から入力する応用パルスの周波数成分を、補正データ生成部１１０で生成された補正データで逆方向に補正し、アナログ回路で応答パルスに加えられた歪みを補正する。また、補正実行部１１１は、補正後の周波数成分をＩＦＦＴ実行部１１３に出力する。

ＩＦＦＴ実行部１１３は、補正後の周波数成分を逆フーリエ変換して時間領域のパルス波形に戻し、補正後のパルス波形を新たな応答パルスとしてパルス波形出力部１０１に出力する。すなわち、この新たな応答パルスはアナログ回路で発生する歪みが逆補正されているため、この新たな応答パルスを利用すれば、後にアナログ回路での歪みによって理想的なパルス波形に変化する。

パルス波形出力部１０１は、ＩＦＦＴ実行部から入力した新たなパルス波形を歪みに対応するパルス波形として制御部５０から入力した出力タイミングに応じて出力する。

このように、本発明の実施形態に係る距離測定装置１では、アナログ回路であるＤ／Ａ変換器１０２、ミキサ１０４、ＲＦアンプ１０５で処理された送信用のパルス波形を送信信号補正処理部１００に出力し、この送信信号補正処理部１００で記憶している理想波形と比較してアナログ回路で生じる歪みを予め逆方向に補正したパルス波形を送信用のパルス波形として利用している。したがって、距離測定装置１では、アナログ回路で生じる歪みを除くようなパルス波形を生成することで、歪みを含まないパルス波形を送信することができる。

〈受信処理部〉
続いて、図３を参照して受信処理部２０について説明する。この受信処理部２０は、航空機２から受信する質問パルスをディジタル信号に変換して処理するＲＦアンプ２０６、ミキサ２０７、Ａ／Ｄ変換器２０８等のアナログ回路で質問パルスに生じた歪みを逆方向に補正して質問パルスとする受信信号補正処理部２００を備えている。この補正後の新たな質問パルスは、アナログ回路で生じる歪みに対して補正されるため、歪みのない応答パルスとして制御部５０に出力することができる。

リファレンス波形記憶部２０１では、距離測定装置１が受信する信号の理想的なパルス波形をリファレンス波形として記憶している。

Ｄ／Ａ変換器２０２は、リファレンス波形記憶部２０１で記憶されているリファレンス波形をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ミキサ２０４に出力する。

発振器２０３は、レーダ１で定められている周波数（例えば、１ＧＨｚ）のＲＦ信号をミキサ２０４とミキサ２０７に出力する。

ミキサ２０４は、Ａ／Ｄ変換器２０２から入力するリファレンス波形と発振器２０３から入力するＲＦ信号の周波数とをアップコンバートしてリファレンス波形を変調し、ＲＦ信号となったリファレンス波形をカプラ２０５に出力する。

カプラ２０５は、サーキュレータ３０からアンテナ４０で受信した応答パルスのパルス波形を入力する。また、カプラ２０５は、サーキュレータ３０から入力したパルス波形にミキサ２０４から入力したＲＦ信号のリファレンス波形を混合してＲＦアンプ２０６に出力する。

ＲＦアンプ２０６は、カプラ２０５から入力したパルス波形を増幅してミキサ２０７に出力する。このＲＦアンプ２０６は、アナログ回路であるため、経年変化が生じる。したがって、ＲＦアンプ２０６から出力される波形には、歪みが含まれることがある。

ミキサ２０７は、ＲＦアンプ２０６から入力するパルス波形と発振器２０３から入力するＲＦ信号の周波数とをダウンコンバートしてパルス波形を変調し、Ａ／Ｄ変換器２０８に出力する。このミキサ２０７もＲＦアンプ２０６と同様にアナログ回路であるため、ミキサ２０７から出力されるパルス波形には経年変化によって生じる歪みが含まれることがある。

Ａ／Ｄ変換器２０８は、ミキサ２０７から入力するパルス波形をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ＦＦＴ実行部２０９に出力する。このＡ／Ｄ変換器２０８もＲＦアンプ２０６およびミキサ２０７と同様にアナログ回路であるため、ＲＦアンプ１０５から出力されるパルス波形には経年変化によって生じる歪みが含まれることがある。すなわち、Ａ／Ｄ変換器２０８から出力される質問パルスは、受信した質問パルスにアナログ回路の歪みを含むことがある。

ＦＦＴ実行部２０９は、アナログ回路によるパルス波形の歪みを補正するため、パルス波形をフーリエ変換してパルス波形の周波数成分（周波数スペクトラム）を求め、補正データ生成部２１１と、補正実行部２１２に出力する。

理想波形記憶部２１０は、距離測定装置１が受信する信号の理想的なパルス波形の周波数成分（周波数スペクトラム）を記憶している。この周波数成分は、リファレンス波形記憶部２０１で記憶されているリファレンス波形をフーリエ変換することによって得ることができる。

補正データ生成部２１１は、理想波形記憶部２１０から理想的なパルス波形の周波数成分を読み出し、ＦＦＴ実行部２０９から入力した周波数成分と比較して各周波数成分の差分を求め、この差分を信号に含まれる歪みを補正する補正データとし、補正実行部２１２に出力する。

補正実行部２１２は、ＦＦＴ実行部２０９から入力する質問パルスの周波数成分を、補正データ生成部２１１で生成された補正データで補正し、アナログ回路で質問パルスに加えられた歪みを補正する。また、補正実行部２１２は、補正後の周波数成分をＩＦＦＴ実行部２１３に出力する。

ＩＦＦＴ実行部２１３は、補正後の周波数成分を逆フーリエ変換して時間領域のパルス波形に戻し、この補正後のパルス波形を新たな質問パルスとして制御部５０に出力する。すなわち、この補正後の新たな質問パルスはアナログ回路で発生する歪みが補正されているため、この新たな質問パルスを利用すれば、アナログ回路で発生した歪みを含まないパルス波形を利用して航空機２に応答することができる。

このように、本発明の実施形態に係る距離測定装置１では、航空機から受信した質問パルスを処理するアナログ回路であるＲＦアンプ２０６、ミキサ２０７、Ａ／Ｄ変換器２０８で処理されたパルス波形を受信信号補正処理部２００に出力し、この受信信号補正処理部２００で記憶している理想波形と比較してアナログ回路で生じる歪みを補正し、制御部５０へ出力している。したがって、距離測定装置１では、アナログ回路で生じる歪みを含まないパルス波形から、質問パルスを判断して航空機に応答することができる。

本発明の最良の実施形態に係る距離測定装置の構成を説明するブロック図である。 図１の距離測定装置の送信処理部の構成について説明するブロック図である。 図１の距離測定装置の受信処理部の構成について説明するブロック図である。 ＤＭＥと航空機について説明する図である。 ＤＭＥ／Ｎモードのパルスの送受信について説明する図である。

符号の説明

１…距離測定装置
１０…送信処理部
１０１…パルス波形出力部
１０２…Ａ／Ｄ変換器（アナログ回路）
１０３…発振器
１０４…ミキサ（アナログ回路）
１０５…ＲＦアンプ（アナログ回路）
１０６…カプラ
１０７…ミキサ
１０８…Ｄ／Ａ変換器
１０９…ＦＦＴ実行部
１１０…補正データ生成部
１１１…補正実行部
１１２…理想波形記憶部
１１３…ＩＦＦＴ実行部
２０…受信処理部
２０１…リファレンス波形記憶部
２０２…Ｄ／Ａ変換器
２０３…発振器
２０４…ミキサ
２０５…カプラ
２０６…ＲＦアンプ（アナログ回路）
２０７…ミキサ（アナログ回路）
２０８…Ａ／Ｄ変換器（アナログ回路）
２０９…ＦＦＴ実行部
２１０…理想波形記憶部
２１１…補正データ生成部
２１２…ＦＦＴ実行部
２１３…ＩＦＦＴ実行部
３０…サーキュレータ
４０…アンテナ
５０…制御部
２…航空機

Claims (4)

1. 航空機から送信された質問パルスを受信し、前記航空機で地上の基準位置からの距離を測定するために利用される応答パルスを送信する距離測定装置であって、
   航空機に送信する応答パルスをアナログ信号に変換して送信用に処理するアナログ回路と、
   前記アナログ回路で処理された応答パルスをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換された応答パルスと航空機に送信する応答パルスの理想波形との差分を利用して、前記アナログ回路で応答パルスに生じた歪みを補正した新たな応答パルスを生成する補正実行部と、
   この新たな応答パルスを送信用のパルスとして出力するパルス波形出力部と、
   を備えることを特徴とする距離測定装置。
2. 前記Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換された時間成分の応答パルスを周波数成分の信号にフーリエ変換するＦＦＴ実行部と、
   応答パルスの理想波形の周波数成分を記憶する理想波形記憶部と、
   前記補正実行部で補正された周波数成分の信号を時間成分の応答パルスに逆フーリエ変換し、前記パルス波形出力部に出力するＩＦＦＴ実行部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
3. 航空機から送信された質問パルスを受信し、前記航空機で地上の基準位置からの距離を測定するために利用される応答パルスを送信する距離測定装置であって、
   航空機から受信した質問パルスと前記航空機から受信する質問パルスの理想波形とを合成し、アナログ信号に変換するとともに質問パルスの検出用に処理するアナログ回路と、
   前記アナログ回路で処理された質問パルスをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換された質問パルスと航空機から受信する質問パルスの理想波形との差分を利用して、前記アナログ回路で質問パルスに生じた歪みを補正した新たな質問パルスを生成する補正実行部と、
   を備えることを特徴とする距離測定装置。
4. 質問パルスの理想波形の時間成分を記憶するリファレンス波形記憶部と、
   前記Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換された時間成分の質問パルスを周波数成分にフーリエ変換するＦＦＴ実行部と、
   質問パルスの理想波形の周波数成分を記憶する理想波形記憶部と、
   前記補正実行部で補正された周波数成分の信号を時間成分の質問パルスに逆フーリエ変換するＩＦＦＴ実行部と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の距離測定装置。

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