JP2010164381A - パルス検出装置及びパルス検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最小受信感度を向上させてパルスがノイズの影響を受けた場合でもパルスを容易に検出する。
【解決手段】受信信号を所定の第１周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを積分し、第１積分信号を求める第１積分器１１３と、受信信号を第１周波数よりも低い所定の第２周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを積分し、第２積分信号を求める第２積分器１１４と、第１積分信号と第２積分信号とを比較する比較部１１５と、比較部の比較結果に応じて受信信号から所定周波数のパルスを検出するパルス検出部１１６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にパルスを送受信する距離測定装置において、パルスを検出するパルス検出装置及びパルス検出方法に関する。

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、特許文献１、非特許文献１参照）。図３に示すように、距離測定装置１ａ〜１ｃ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１ａ〜１ｃ（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。

各距離測定装置１ａ〜１ｃでは、送受信するパルスの周波数がそれぞれ定められている。隣接する２つの距離測定装置のパルス周波数の差が１ＭＨｚになるように定められており、例えば、図３に示す例では、距離測定装置１ａの受信パルスの周波数が９６１ＭＨｚであるとき、この距離測定装置１ａに隣接する距離測定装置１ｂの受信パルスの周波数は９６０ＭＨｚであって、距離測定装置１ｃの受信パルスの周波数は９６２ＭＨｚである。

図４に示す例では、航空機２は、対象の距離測定装置１ａ〜１ｃに規定される周波数の質問パルス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。図４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。

また、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１ａ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。ここで、９６１ＭＨｚは質問パルスＰ１の受信用に定められる値であるため、質問パルスＰ１と区別するために応答パルスＰ２には９６１ＭＨｚとは異なる周波数が定められている。なお、ＤＭＥ／Ｎモードの場合、この応答パルスＰ２もパルス幅は３．５μｓで、パルス間隔は１２μｓである。航空機２は、距離測定装置１ａから送信された応答パルスＰ２を受信すると、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１ａから航空機２までの距離を測定している。

上述したように、距離測定装置１ａ〜１ｃには、送受信するパルスの周波数が定められているため、各距離測定装置１ａ〜１ｃは、受信信号から該当する周波数の質問パルスに対して応答パルスを送信する。この場合、図５に示すように、例えば距離測定装置１ａは、距離測定装置１ａに定められる周波数（９６１ＭＨｚ）を中心とする所定範囲の質問パルスＰ１を受信した場合にのみ応答し、隣接チャネル（９６０ＭＨｚ、９６２ＭＨｚ）の質問パルスＰ１を受信しても応答しない。

具体的には、距離測定装置１ａには、図６に示すように、受信したパルスから応答する必要があるパルスを検出するパルス検出装置１０ａを備えており、アンテナ１０１で質問パルスの受信用に規定される周波数（９６１ＭＨｚ）の信号を受信すると、受信する信号（ＲＦ信号）をＲＦアンプ１０２で増幅する。その後、ミキサ１０３は、増幅された受信信号と発振器１０４から出力される所定の周波数のＲＦ信号とをミキシングしてダウンコンバートする。続いて、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０５は、ダウンコンバートされた信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。また、デジタルダウンコンバータ１０６は、ディジタルに変換された信号をダウンコンバートして複素数データ（ＩＱデータ）の信号に変換し、第１フィルタ１０７と第２フィルタ１０８に出力する。

第１フィルタ１０７は、入力するＩＱデータの信号の周波数帯域を９００ｋＨｚ帯域に制限して第１検波器１０９に出力する。また、第２フィルタ１０８は、入力する信号の周波数帯域を１５０ｋＨｚ帯域に制限して第２検波器１１０に出力する。第１フィルタ１０７によって１５０ｋＨｚ周波数帯域に制限し、第２フィルタによって９００ｋＨｚ周波数帯域に制限し比較することで、隣接チャネルの信号を抑圧する。

第１検波器１０９及び第２検波器１１０は入力するＩＱデータからそれぞれ振幅レベルを検波し、振幅レベルの検波信号Ｓ１，Ｓ２として比較部１１１に出力する。比較部１１１は、第１検波器１０９から入力する第１検波信号Ｓ１と第２検波器１１０から入力する第２検波信号Ｓ２とを比較し、各検波信号Ｓ１，Ｓ２を比較結果とともにパルス検出部１１２に出力する。また、パルス検出部１１２は、比較部１１１による信号の比較結果に応じて検波器１０９，１１０で検波された検波信号Ｓ１，Ｓ２からパルスを検出する。

その後、距離測定装置１ａでは、このパルス検出装置１０ａで検出されたパルスから、質問パルスであるツインパルスを検出し、応答パルスを生成して送信する。ここでは、パルス検出装置１０ａに続き、ツインパルスを検出する手段や応答パルスを生成して送信する手段等については、説明を省略する。

図７に示すように、第１検波器１０９で検波された第１検波信号Ｓ１の振幅レベルが第２検波器１１０で検波された第２検波信号Ｓ２の振幅レベル以下（Ｓ１≦Ｓ２）であるとき、比較部１１１は、アンテナ１０１で受信した信号が「チャネル内出力」すなわち、距離測定装置１ａに定められる周波数の信号であると判定し、第２検波信号Ｓ２とともに、信号からのパルスの検出を指示する「パルス検出信号」をパルス検出部１１２に出力する。したがって、図８（ａ）に示すように、受信信号の周波数が距離測定装置１ａに規定される周波数（チャネル内出力）であるとき、第１検波信号Ｓ１の振幅レベルは第２検波信号Ｓ２の振幅レベル以下となるため、比較部１１１から「パルス検出信号」を入力するパルス検出部１１２は、振幅レベルの検波信号Ｓ２からパルスを検出する。

一方、比較部１１１は、第２検波信号Ｓ２の振幅レベルが第１検波信号Ｓ１の振幅レベル未満（Ｓ１＞Ｓ２）であるとき、アンテナ１０１で受信した信号が「チャネル外出力」すなわち、隣接する距離測定装置１ｂ，１ｃに定められる周波数等の不用信号であると判定し、パルスの検出を抑圧する「抑圧信号」をパルス検出部１１２に出力する。したがって、図８（ｂ）に示すように、受信信号の周波数が距離測定装置１ａでなく隣接する距離測定装置１ｂ，１ｃに規定される周波数（チャネル外出力）であるとき、第２検波信号Ｓ２の振幅レベルは第１検波信号Ｓ１の振幅レベル未満となるため、比較部１１１から「抑圧信号」を入力するパルス検出部１１２は、受信信号からパルスを検出しない。

図６乃至図８では、距離測定装置１ａにおけるパルス検出の処理の一例を説明したが、他の距離測定装置１ｂ，１ｃも距離測定装置１ａと同様の構成であって、距離測定装置１ａの場合と同様の処理でパルスが検出される。

しかしながら、従来のように単純に検波信号Ｓ１，Ｓ２を比較する方法では、受信信号がノイズを含み、検波信号Ｓ１，Ｓ２で表わされる振幅レベルが図９に示すようになったとき、第１検波信号Ｓ１と第２検波信号Ｓ２の比較結果が図７で示した条件に適合しないことがある。特に、第１フィルタ１０７では、第２フィルタ１０８よりも高い周波数の帯域で信号を制限するため、第１フィルタ１０７から出力される信号は、第２フィルタ１０８から出力される信号よりもノイズの影響を大きく受ける。したがって、受信信号がノイズを含む場合、図９に示すようにノイズの影響を受けた検波信号Ｓ１，Ｓ２の比較結果からはパルスが正しく検出されない問題がある。

特開２００８−１６４３７０号公報

ICAO、「Aeronautical Telecommunications Annex 10 Volume I RADIO NAVIGATION AIDS」、p.27 Specification for UHF distance measuring equipment(DME) 1996年7月

上述したように、従来の距離測定装置１ａ〜１ｃでは、パルスがノイズの影響を受けた場合に検出され難い問題があった。

従って本発明は、最小受信感度を向上させてパルスがノイズの影響を受けた場合でもパルスを容易に検出することができる距離測定装置を提供する。

本発明に係るパルス検出装置は、航空機から送信された所定周波数の質問パルスを受信すると、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所定周波数のパルスを検出するパルス検出装置であって、受信信号を所定の第１周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを区間積分し、第１積分信号を求める第１積分器と、受信信号を第１周波数よりも低い所定の第２周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを積分し、第２積分信号を求める第２積分器と、第１積分信号と第２積分信号とを比較する比較部と、比較部の比較結果に応じて受信信号から所定周波数のパルスを検出するパルス検出部とを備える。

また、他の本発明に係るパルス検出方法は、航空機から送信された所定周波数の質問パルスを受信すると、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行なわれる所定周波数のパルスを検出するパルス検出方法であって、受信信号を所定の第１周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを区間積分し、第１積分信号を求めるステップと、受信信号を第１周波数よりも低い所定の第２周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを積分し、第２積分信号を求めるステップと、第１積分信号と第２積分信号とを比較するステップと、第１積分信号と第２積分信号の比較結果に応じて受信信号から所定周波数のパルスを検出するステップとを備える。

本発明によれば、最小受信感度を向上させてパルスがノイズの影響を受けた場合でもパルスを容易に検出することができる。

本発明の最良の実施形態に係る距離測定装置の構成について説明するブロック図である。 図１の比較部で比較される信号について説明する図である。 距離測定装置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。 距離測定装置に規定される周波数について説明する図である。 従来の距離測定装置の構成について説明するブロック図である。 図６の比較部における信号の比較について説明する図である。 図６の比較部で比較される信号について説明する図である。 図６の比較部で比較される信号について説明する他の例である。

図１及び図２を用いて本発明の最良の実施形態に係るパルス検出装置１０について説明する。図１に示すパルス検出装置１０も図６を用いて上述したパルス検出装置１０ａと同様に、航空機から受信したパルスから距離測定装置（ＤＭＥ）が応答する必要のあるパルスを検出する装置である。図１に示すパルス検出装置１０の構成のうち、図６を用いて上述したパルス検出装置１０ａと同様の構成については同一の符号を用いて説明する。

パルス検出装置１０は、図１に示すように、アンテナ１０１で受信する信号を増幅するＲＦアンプ１０２と、増幅された受信信号と発振器１０４から出力されるＲＦ信号とをミキシングしてダウンコンバートするミキサ１０３と、ダウンコンバートされた信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０５と、ディジタル化された信号をダウンコンバートして複素数データ（ＩＱデータに変換）するダウンコンバータ１０６と、ダウンコンバートされた信号を第１周波数（例えば、９００ｋＨｚ）帯域に制限する第１フィルタ１０７と、ダウンコンバートされた信号を第１周波数より低い第２周波数（例えば、１５０ｋＨｚ）帯域に制限する第２フィルタ１０８と、第１フィルタ１０７で帯域制限された信号から振幅レベルの信号Ｓ１を検波する第１検波器１０９と、第２フィルタ１０８で帯域制限された信号から振幅レベルの信号Ｓ２を検波する第２検波器１１０と、第１検波器１０９で検波された第１検波信号Ｓ１を積分する第１積分器１１３と、第２検波器１１０で検波された第２検波信号Ｓ２を積分する第２積分器１１４と、第１積分器１１３で積分された第１積分信号Ｓ３と第２積分器１１４で積分された第２積分信号Ｓ４とを比較する比較部１１５と、比較部１１１における信号の比較結果に応じてパルス検出装置１０ａに送信された質問パルスを検出するパルス検出部１１６とを備えている。

隣接する距離測定装置間に定められる周波数は１ＭＨｚである。質問パルスを受信する距離測定装置は、受信した質問パルスが距離測定装置に送信された質問パルスであるか又は隣接チャネルへの質問パルスであるかを判定するためには、１ＭＨｚよりも低い第１周波数で帯域を制限し、さらに第１周波数よりも低い第２周波数帯域を制限して得られた結果からパルスを検出する必要がある。したがって、第１フィルタ１０７で用いる第１周波数をチャンネル間隔より僅かに狭い９００ｋＨｚ程度とし、第２フィルタ１０８で用いる第２周波数を規格の１００ｋＨｚ（±１００ｋＨｚ）よりも僅かに狭い１５０ｋＨｚ程度とすることが望ましい。

また、第１積分器１１３で、第１検波信号Ｓ１を区間連続して区間積分し、第２積分器１１４で、第２検波信号Ｓ２を区間連続して区間積分することで、積分信号Ｓ３，Ｓ４では、ノイズの影響が除かれて振幅レベルの信号の実効化を図ることができる。このとき、各積分器１１３，１１４では、区間積分幅をパルス幅の１／４程度の区間（０．８μｍｓの区間）で区間積分することが望ましい。パルスの検出の影響のない（パルスの形が失われない）範囲で調整することも可能である。

比較部１１５は、図６及び図７を用いて上述した比較部１１１のように第１検波器１０９及び第２検波器１１０から入力する検波信号の振幅レベルＳ１，Ｓ２を比較するのではなく、第１積分器１１３及び第２積分器１１４から入力する積分信号の振幅レベルＳ３，Ｓ４を比較する。ここで、比較部１１５は、「Ｓ３≦Ｓ４」であるとき、アンテナ１０１で受信した信号が「チャネル内出力」であると判定し、第２積分信号Ｓ４とともに「パルス検出信号」をパルス検出部１１２に出力する。また、比較部１１５は、「Ｓ３＞Ｓ４」であるとき、アンテナ１０１で受信した信号が「チャネル外出力」であると判定し、「パルス抑圧信号」を出力する。したがって、比較部１１５では、有効な振幅レベルの積分信号Ｓ３，Ｓ４を比較することができるため、ノイズの影響を受けない比較結果を得ることができる。

例えば、図２に示すように、ノイズの影響を受けて検波器１０９，１１０から出力される検波信号Ｓ１，Ｓ２の比較結果からチャネル内出力であるか明らかでない場合であっても、積分器１１３，１１４から出力される積分信号Ｓ３，Ｓ４ではノイズの影響が除外される。したがって、積分器１１３，１１４を利用した場合、図２に示すように第３積分信号Ｓ４の振幅レベルの方が第１積分信号Ｓ３の振幅レベルよりも常に大きくなり、比較部１１５では、受信信号に対して適切な比較結果を得ることができるため区間積分前一時的に「Ｓ３＞Ｓ４」となる部分があったとしても、パルス検出部１１６では、パルスを適切に検出することができる。

このように、本発明の実施形態に係るパルス検出装置では、積分器１１３，１１４で振幅レベルの信号を区間積分することで、ノイズの影響が除去されて安定した振幅レベルの信号が得られるため、誤検出や誤抑圧を防止することができる。したがって、パルス検出装置では、ノイズの影響を受けた、質問パルスを受信した場合にも安定して検出することができる。

１０…パルス検出装置
１０１…アンテナ
１０２…ＲＦアンプ
１０３…ミキサ
１０４…発振器
１０５…アナログ／ディジタル変換器
１０６…ダウンコンバータ
１０７…第１フィルタ
１０８…第２フィルタ
１０９…第１検波器
１１０…第２検波器
１１１…比較部
１１２…パルス検出部
１１３…第１積分器
１１４…第２積分器
１１５…比較部
１１６…パルス検出部

Claims (4)

1. 航空機から送信された所定周波数の質問パルスを受信すると、当該質問パルスに応答して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内に設けられ、前記所定周波数のパルスを検出するパルス検出装置であって、
   受信信号を所定の第１周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを積分し、第１積分信号を求める第１積分器と、
   前記受信信号を前記第１周波数よりも低い所定の第２周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを積分し、第２積分信号を求める第２積分器と、
   第１積分信号と第２積分信号とを比較する比較部と、
   前記比較部の比較結果に応じて受信信号から前記所定周波数のパルスを検出するパルス検出部と、
   を備えることを特徴とするパルス検出装置。
2. 前記比較部は、
   第１積分信号の振幅レベルが第２積分信号の振幅レベル以下であるとき、受信信号からのパルスの検出を指示するパルス検出信号を前記パルス検出部に出力し、
   第２積分信号の振幅レベルが第１積分信号の振幅レベル未満であるとき、受信信号からのパルスの検出を抑圧する抑圧信号を前記パルス検出部に出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のパルス検出装置。
3. 前記第１積分器は、パルス幅の失われない範囲の区間を連続的に積分処理して第１積分信号を求め、
   前記第２積分器は、パルス幅の失われない範囲の区間を連続的に積分処理して第２積分信号を求める
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス検出装置。
4. 航空機から送信された所定周波数の質問パルスを受信すると、当該質問パルスに応答して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行なわれる前記所定周波数のパルスを検出するパルス検出方法であって、
   受信信号を所定の第１周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを積分し、第１積分信号を求めるステップと、
   前記受信信号を前記第１周波数よりも低い所定の第２周波数の帯域で制限して得られた信号の振幅レベルを積分し、第２積分信号を求めるステップと、
   第１積分信号と第２積分信号とを比較するステップと、
   前記第１積分信号と第２積分信号の比較結果に応じて受信信号から前記所定周波数のパルスを検出するステップと、
   を備えることを特徴とするパルス検出方法。

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