JP2011185658A

JP2011185658A - 距離測定装置及びスキッタ発生方法

Info

Publication number: JP2011185658A
Application number: JP2010049375A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Otomo; 恒大友
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: JP5414575B2

Abstract

【課題】簡単な装置構成で容易に自装置に送信されたパルスを検出する。
【解決手段】航空機が送信した質問パルスを受信し、当該質問パルスに応答する応答パルスを送信するとともに、応答パルスを所定期間送信しないタイミングで、質問パルスと同一フォーマットのスキッタパルスを送信するアンテナ１０と、応答パルスを所定期間送信しないタイミングで所定の送信パターンのスキッタパルスを送信させる送信タイミングを発生するとともに、質問パルスを受信したタイミングでスキッタパルスの送信パターンを更新するスキッタ発生器１７と、質問パルスを受信したタイミング又はスキッタ発生器で発生された送信タイミングで送信するパルスを発生するパルス発生器２０とを備える。
【選択図】図２

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スキッタを送受信する距離測定装置及びスキッタ発生方法に関する。

航空機は様々な方法で位置を特定しながら飛行を行うが、飛行位置の特定に距離測定装置（ＤＭＥ：Distance Measuring Equipment）を利用する方法がある。距離測定装置（ＤＭＥ）は、地上に設置され、航空機から送信される質問パルスを受信すると、受信した質問パルスに応答する応答パルスを航空機に送信する。航空機では、距離測定装置とのパルスの送受信を利用して飛行位置を特定する。

航空機は、図３に示す一例のように、質問パルスＰ１を送信する。航空機から送信された質問パルスＰ１を受信した距離測定装置は、質問パルスＰ１を受信してから決められた時間（Ｔｄ）の経過後、航空機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。航空機は、距離測定装置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及び応答パルスＰ２の受信時刻ｔ２とから求められる応答時刻Ｔと、電波（信号）の伝送速度とに基づいて、距離測定装置から航空機までの距離を測定している。

ここで送受信される質問パルスＰ１及び応答パルスＰ２は、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（例えば、非特許文献１参照）。例えば、ＤＭＥ／Ｎモードの場合、質問パルスＰ１及び応答パルスＰ２のパルス幅は３．５μｓで、パルス間隔は１２μｓである。

また、距離測定装置は応答パルスＰ２を送信する他、応答パルスＰ２の送信レートが低い場合に、応答パルスＰ２の代わりにランダムにスキッタパルスを送信するように義務付けられている（例えば、特許文献１参照）。このとき、航空機（側）でスキッタパルスが応答パルスＰ２であると判断されることがないように、距離測定装置１はスキッタパルスをランダムなタイミングで送信する必要がある。

スキッタパルスの送信をランダムにするため、従来の距離測定装置は、アナログ回路で発生する熱雑音を用いてスキッタを発生していた。しかしながら、アナログ回路で発生する熱雑音を利用した場合、外来ノイズの影響を受けやすかったり、スキッタパルスの送信タイミングのパターンに再現性がない問題があった。例えば、スキッタパルスの送信パターンに再現性がない場合、距離測定装置の試験等に利用しにくくなる。

これに対し、特許文献１に記載の技術では、ディジタル回路であるシフトレジスタを利用してスキッタパルスの送信タイミングを決定している。この特許文献１に記載されているようにディジタル回路を利用してスキッタパルスの送信パターンを決定した場合、外来ノイズを受けにくくするとともに、スキッタパルスの送信パターンに再現性をもたせることが可能になる。

しかしながら、同一のシフトレジスタを利用する距離測定装置が近接するときには、同一の送信パターンのスキッタパルスであるためハーモニック（倍音）として干渉するおそれがあった。

特開２００８−２９８５９６号公報

"Aeronautical Telecommunications，ANNEX10，VOLUMEＩ"，1996年７月，27-40頁，ICAO

上述したように、アナログ回路で発生する熱雑音を利用してスキッタパルスを発生する方法では外来ノイズの影響を受けやすいとともに試験評価が困難であり、ディジタル回路であるシフトレジスタを利用してスキッタパルスを発生する方法では実運用時に干渉の恐れがあり、設置前の試験時又は設置後の運用時に問題が生じるおそれがあった。

したがって本発明は、簡単な装置構成で設置前の試験時及び設置後の運用時に適切なスキッタパルスを発生する距離測定装置及びスキッタ発生方法を提供する。

本発明に係る距離測定装置装置は、航空機が送信した質問パルスを受信すると、当該質問パルスに応答する応答パルスを送信するとともに、応答パルスを所定期間送信しないタイミングで、前記質問パルスと同一フォーマットのスキッタパルスを送信する距離測定装置であって、応答パルスを前記所定期間送信しないタイミングで所定の送信パターンのスキッタパルスを送信させる送信タイミングを発生するとともに、質問パルスを受信したタイミングでスキッタパルスの送信パターンを更新するスキッタ発生器と、質問パルスを受信したタイミング又は前記スキッタ発生器で発生された送信タイミングで送信するパルスを発生するパルス発生器とを備える。

本発明によれば、簡単な装置構成で試験評価時及び運用時に適切なスキッタパルスを発生することができる。

本発明の最良の実施形態に係る距離測定装置について説明する図である。図１の距離測定装置のスキッタ発生器について説明する図である。航空機と距離測定装置で送受信されるパルスについて説明する図である。

図１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。この距離測定装置１は、地上局に設置され、航空機に備えられるトランスポンダから送信される所定のパルスペアの質問パルスＰ１を検出し、この質問パルスＰ１に応答する応答パルスＰ２を送信する。ここで距離測定装置１が送信する応答パルスＰ２も、質問パルスＰ１と同一のパルス波形（パルスペア）の信号である。質問パルスＰ１を送信した航空機は、パルスペアの信号を受信すると、自機の質問パルスＰ１送信からパルスペアの受信までの間隔と相関により、自機に対する応答パルスＰ２であるか否かを判断する。

具体的には、距離測定装置１は、図１に示すように、アンテナ１０と、サーキュレータ１１と、サーキュレータ１１を介してアンテナ１０で受信する信号（ＲＦ信号）を入力して増幅するＲＦアンプ１２と、発振器１４から出力される所定の周波数のＲＦ信号と受信信号とをミキシングして中間周波数のＩＦ信号にするミキサ１３と、ミキサ１３でミキシングされた受信信号から信号レベルを検波する検波器１５と、検波器１５で検波された信号レベルから質問パルスＰ１であるパルスペアを検出する検出器１６と、応答パルスＰ２を送信するタイミングで信号を発生する応答発生器１９と、応答発生器１９から出力された信号に応じてパルスペアを発生するパルス発生器２０と、パルス発生器２０から出力されるパルスペアの信号と発信器２２から出力される所定の周波数のＲＦ信号とミキシングしてＲＦ信号に変換するミキサ２１と、ミキサ２１でミキシングされた信号を増幅し、サーキュレータ１１及びアンテナ１０を介して送信するＲＦアンプ２３とを備えている。

また、距離測定装置１は、応答パルスＰ２の送信レートが所定以下の場合、応答パルスＰ２とは別に所定の送信レート（例えば、１０００ｐｐｓ）を満たすようにランダムな送信パターンで、応答パルスＰ２と同じパルス波形のスキッタパルスを送信する。そのため、距離測定装置１は、スキッタ発生器１７とＯＲ回路１８を備えている。

スキッタ発生器１７は、検出器１６から質問パルスＰ１を検出したタイミングでＲＸトリガ（ＲＸＴｒ）を入力する。また、スキッタ発生器１７は、応答パルスＰ２を所定レートで送信しない場合、すなわち質問パルスＰ１を所定期間受信しない場合にスキッタパルスを送信させるタイミングを求めてスキッタトリガ（ＳＴｒ）を出力する。

ＯＲ回路１８は、応答パルスＰ２又はスキッタパルスを送信するタイミングを入力して出力する。具体的には、ＯＲ回路１８は、質問パルスＰ１を受信したタイミング、すなわち応答パルスＰ２を送信するタイミングで検出器１６からＲＸトリガを入力し、スキッタパルスを送信するタイミングでスキッタトリガを入力する。したがって、ＯＲ回路１８は、ＲＸトリガ又はスキッタトリガのいずれかを入力すると、パルスの送信タイミングを特定するＴＸトリガ（ＴＸＴｒ）を出力する。これにより、応答発生器１９は、応答パルスＰ２又はスキッタパルスを送信させることができる。

スキッタ発生器１７は、図２に示すように、ＯＲ回路１７１、タイマ１７２、乱数発生器１７３及び分周器１７４を有している。タイマ１７２は、ＯＲ回路１８から入力するＴＸトリガによりクリアされ、応答パルスＰ２の送信レートに基づいて定められた所定時間後にタイムアウトとなって信号を出力する。ＯＲ回路１７１は、検出器１６から入力するＲＸトリガとタイマ１７２から入力する信号との演算結果を乱数発生器１７３と分周器１７４に出力する。

乱数発生器１７３は、ＬＦＳＲ（linear feedback shift register：線形帰還シフトレジスタ）等のシフトレジスタであって、ＲＸトリガ又はタイマ１７２からの信号を入力するとクロックを進めて乱数を求め、この乱数をスキッタパルスの送信タイミング（パルス分布）として出力する。例えば、質問パルスＰ１を受信しない場合にはタイマ１７２から所定時間毎に信号が出力されて乱数発生器１７３のクロックが進められてスキッタパルスの送信タイミングが特定される。

したがって、距離測定装置１が質問パルスＰ１の受信がない間は、乱数発生器１７３が出力するスキッタパルスの送信タイミングはＬＦＳＲ固有の既知のパターンの繰り返しとなる。これに対し、距離測定装置１が質問パルスＰ１を受信した場合にはＲＸトリガが入力されて乱数発生器１７３のクロックが変化するため、スキッタパルスの送信タイミングも変化するため、既知のパターンとは異なったものとなる。なお、このとき、乱数発生器１７３に利用するシフトレジスタには、系列が検証済みで周期の十分長い（例えば、１６ｂｉｔ以上の最長周期を持つもの）ＬＦＳＲを利用する。

分周器１７４は、乱数発生器１７３から入力するタイミングを所定の応答パルスＰ２の送信レートに応じて定められる分周比で分周し、スキッタトリガとして出力する。この分周器１７４でも、ＲＸトリガ又はタイマ１７２からの信号を入力するとクロックを進める。すなわち、距離測定装置１が質問パルスＰ１の受信がない間は、ＬＲＳＲはタイマ１１９でタイムアウトとされる所定期間毎に変化するが、質問パルスＰ１を受信した場合にはＲＸトリガを入力によりＬＲＳＲが変化する。

乱数発生器１７３の出力は、１／２の確率で１（又は０）なので、１０００ｐｐｓを目標レートとした場合、例えば、タイマを２５０μｓ（１／４０００秒）とし、分周比を２とすることができる。すなわち、２５０μｓ×（２＋２）＝１０００μｓ＝１／１０００で、１０００ｐｐｓとなる。

また、分周器で１／２にすると合わせて４倍となる。したがって、タイマを１２５μｓ（１／８０００秒）とし、分周比を４とすることもできる。すなわち、１２５μｓ×（４×２）＝１０００μｓ＝１／１０００で、ほぼ１０００ｐｐｓになる。

このように、本発明に係る距離測定装置１では、スキッタ発生器１７によって、質問パルスを受信しない場合（ＲＸトリガを入力しない場合）には純粋な乱数発生器１７３のシフトレジスタによって定められる送信パターンでスキッタパルスを発生し、このスキッタパルスのパルス分布や出現確率（送信パターン）は既知のものとすることができる。したがって、距離測定装置１を地上局に設置前等の試験環境等においてはＲＸトリガを抑制することにより、スキッタパルスの発生状況や距離測定装置１の動作を確実に試験し、モニタすることができる。

また、距離測定装置１を地上局に設置後の運用時には、質問パルスＰ１の受信によりＲＸトリガが入力されて乱数発生器１７３のクロックが進められるため、発生するビット列すなわちスキッタパルスの送信パターンが変化するため、近隣に同じ型の距離測定装置が存在している場合であっても、干渉する可能性はきわめて低くなる。

したがって、上述した距離測定装置１は、地上局に設置前の試験環境であっても、地上局に設置後の運用時であっても適切なスキッタパルスを送信することができる。

１…距離測定装置
１０…アンテナ
１１…サーキュレータ
１２…ＲＦアンプ
１３…ミキサ
１４…発振器
１５…検波器
１６…検出器
１７…スキッタ発生器
１７１…ＯＲ回路
１７２…タイマ
１７３…乱数発生器
１７４…分周器
１８…ＯＲ回路
１９…応答発生器
２０…パルス発生器
２１…ミキサ
２２…発信器
２３…ＲＦアンプ

Claims

航空機が送信した質問パルスを受信すると、当該質問パルスに応答する応答パルスを送信するとともに、応答パルスを所定期間送信しないタイミングで、前記質問パルスと同一フォーマットのスキッタパルスを送信する距離測定装置であって、
応答パルスを前記所定期間送信しないタイミングで所定の送信パターンのスキッタパルスを送信させる送信タイミングを発生するとともに、質問パルスを受信したタイミングでスキッタパルスの送信パターンを更新するスキッタ発生器と、
質問パルスを受信したタイミング又は前記スキッタ発生器で発生された送信タイミングで送信するパルスを発生するパルス発生器と、
を備えることを特徴とする距離測定装置。
前記パルス発生器は、
応答パルス又はスキッタパルスを送信後所定期間経過したか否かのタイミングを判定するタイマと、
質問パルスを受信したタイミング又は前記タイマによって応答パルス又はスキッタを送信後所定期間経過したと判定されたタイミングで、スキッタパルスの送信パターンを特定する乱数を発生する乱数発生手段と、
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。
前記パルス発生器は、前記乱数発生手段で特定された乱数を分周してスキッタパルスの送信タイミングを求める分周器を備えることを特徴とする請求項２に記載の距離測定装置。
航空機が送信した質問パルスを受信すると、当該質問パルスに応答する応答パルスを送信するとともに、応答パルスを所定期間送信しないタイミングで、前記質問パルスと同一フォーマットのスキッタパルスを送信する距離測定装置で利用されるパルス発生方法であって、
応答パルスを前記所定期間送信しないタイミングで所定の送信パターンのスキッタパルスを送信させる送信タイミングを発生するステップと、
質問パルスを受信したタイミングでスキッタパルスの送信パターンを更新するステップと、
質問パルスを受信したタイミング又は前記スキッタパルスの送信タイミングで送信するパルスを発生するステップと、
を備えることを特徴とするスキッタ発生方法。