JP2011203076A - Ｉｌｓ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】障害の原因を速やかに特定でき、原因不明の障害の発生を回避できるＩＬＳ装置を提供する。
【解決手段】入力された高周波のＣＡＲ信号の一部をピックアップする第１方向性結合器６２ａと、入力された高周波のＳＢ信号の一部をピックアップする第２方向性結合器６２ｂと、第１方向性結合器でピックアップされた信号と第２方向性結合器でピックアップされた信号との位相差を検出する直接位相検出回路６４と、直接位相検出回路で検出された位相差を示す情報を表示するモニタ７ａ、７ｂを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機を滑走路に誘導するＩＬＳ装置（Instrument Landing System：計器着陸）に関し、特に誘導に使用される高周波信号の位相差をモニタする技術に関する。

ＩＬＳ装置は、着陸のために進入している航空機に対し、空港付近の地上施設から指向性のある電波を発射し、滑走路への進入コースを指示する無線着陸援助装置であり、悪天候などの視界不良時であっても航空機を安全に滑走路まで誘導することができる。ＩＬＳ装置は、主に、滑走路への進入コースの中心から左右のずれを示すローカライザー（ＬＯＣ：Localizer）と適切な進入角から上下のずれを示すグライドスロープ（ＧＳ：Glide Slope）から構成されている。

このＩＬＳ装置は、滑走路への進入コースを指示する電波を発し、この電波が常に正常に放射されているかどうかをモニタ系で常時監視することにより、ＩＬＳ装置の信頼性を維持している。電波の監視は、ＬＯＣにおいては、滑走路への進入コースの中心から左右のずれ（コース偏移／ＤＤＭ：Difference in Depth of Modulation）、送信レベル（ＲＦ）および変調度（ＭＯＤ）を監視している。

コース偏移（ＤＤＭ）は、送信レベル（ＲＦ）および変調度（ＭＯＤ）の変動などにより変化する他、高周波位相が変化した場合もモニタのＤＤＭの変化として現れる。

図４は、従来のＩＬＳ装置／ＬＯＣの構成を示すブロック図である。このＬＯＣ装置は、第１送信部１ａ、第２送信部１ｂ、ＲＦ信号切換部２、空中線装置３、第１モニタ４ａおよび第２モニタ４ｂを備えている。

第１送信部１ａは、ＣＡＲ（Carrier with Side Band）信号およびＳＢ（Side Band Only）信号を生成し、ＲＦ信号切換部２に送る。この第１送信部１ａは、高周波発信回路１１、ＣＡＲ送信機１２およびＳＢ送信機１３を備えている。高周波発振回路１１は、例えば１０８〜１１２ＭＨｚの高周波信号を生成してＣＡＲ送信機１２およびＳＢ送信機１３に送る。

ＣＡＲ送信機１２は、ＡＭ変調回路１５および高周波増幅回路１６を備えている。ＡＭ変調回路１５は、高周波発振回路１１から送られてきた高周波信号をＡＭ変調し、高周波増幅回路１６に送る。高周波増幅回路１６は、ＡＭ変調回路１５から送られてきた高周波信号を増幅し、ＣＡＲ信号としてＲＦ信号切換部２に送る。

ＳＢ送信機１３は、ＡＭ変調回路１７および高周波増幅回路１８を備えている。ＡＭ変調回路１７は、高周波発振回路１１から送られてきた高周波信号をＡＭ変調し、高周波増幅回路１８に送る。高周波増幅回路１８は、ＡＭ変調回路１５から送られてきた高周波信号を増幅し、ＳＢ信号としてＲＦ信号切換部２に送る。

第２送信部１ｂは、上述した第１送信部１ａと同じ構成を有し、第１送信部１ａから出力されるＣＡＲ信号およびＳＢ信号と同じ信号（ＣＡＲ信号およびＳＢ信号）を生成し、ＲＦ信号切換部２に送る。

ＲＦ信号切換部２は、第１送信部１ａから送られてくるＣＡＲ信号およびＳＢ信号と、第２送信部１ｂから送られてくるＣＡＲ信号およびＳＢ信号とを切り換えて出力する。このＲＦ信号切換部２で切り換えられたＣＡＲ信号およびＳＢ信号は、フィーダケーブルを介して空中線装置３に送られる。

空中線装置３は、アレー空中線３１,電力分配器３２とモニタネットワークとを備えている。アレー空中線３１は、滑走路中心から左側用のｎ個の空中線素子１Ｌ〜ｎＬと、滑走路中心から右側用のｎ個の空中線素子１Ｒ〜ｎＲから構成されている。ここで、ｎは、「７」または「１２」のいずれかとすることができる。アレー空中線３１を構成する空中線素子１Ｌ〜ｎＬおよび１Ｒ〜ｎＲは、電力分配器３２から送られてくる信号を電波に変換して送出する。

電力分配器３２は、ＣＡＲ電力分配回路３５、ＳＢ電力分配回路３６、高周波ブリッジ回路３７を備えている。

ＣＡＲ電力分配回路３５は、ＲＦ信号切換部２からフィーダケーブルを経由して送られてくるＣＡＲ信号の電力をｎ分配し、高周波ブリッジ回路３７に送る。

ＳＢ電力分配回路３６は、ＲＦ信号切換部２からフィーダケーブルを経由して送られてくるＳＢ信号の電力をｎ分配し、高周波ブリッジ回路３７に送る。

高周波ブリッジ回路３７は、ＣＡＲ電力分配回路３５から送られてくる信号およびＳＢ電力分配回路３６から送られてくる信号を、滑走路中心から左側用の空中線素子１Ｌ〜ｎＬおよび右側用の空中線素子１Ｒ〜ｎＲにそれぞれ送る。

モニタネットワーク回路３８は、滑走路中心から左側用の空中線素子１Ｌ〜ｎＬおよび右側用の空中線素子１Ｒ〜ｎＲから出力される信号の一部を入力し、オンコースモニタ信号（以下、「ＩＮＴＧ ＰＯＳＮ信号」という）およびコース幅モニタ信号（以下、「ＩＮＴＧ ＷＤ信号」という）を生成し、第１モニタ４ａおよび第２モニタ４ｂに送る。

第１モニタ４ａは、空中線装置３から送られてくるＩＮＴＧ ＰＯＳＮ信号およびＩＮＴＧ ＷＤ信号に基づきモニタ用の情報を表示する。同様に、第２モニタ４ｂは、空中線装置３から送られてくるＩＮＴＧ ＰＯＳＮ信号およびＩＮＴＧ ＷＤ信号に基づきモニタ用の情報を表示する。

図５は、ＲＦ信号切換部２の詳細と他のモニタ（第１モニタ５ａおよび第２モニタ５ｂ）との接続を示す図である。ＲＦ信号切換部２は、第１同軸リレー２１ａ、第２同軸リレー２１ｂ、第１方向性結合器２２ａ、第２方向性結合器２２ｂおよび位相検出回路２３を備えている。

第１同軸リレー２１ａは、第１送信部１ａから送られてくるＣＡＲ信号と第２送信部１ｂから送られてくるＣＡＲ信号とを切り換えて出力する。第１同軸リレー２１ａから出力されるＣＡＲ信号は、第１方向性結合器２２ａに送られる。第２同軸リレー２１ｂは、第１送信部１ａから送られてくるＳＢ信号と第２送信部１ｂから送られてくるＳＢ信号とを切り換えて出力する。第２同軸リレー２１ｂから出力されるＳＢ信号は、第２方向性結合器２２ｂに送られる。

第１方向性結合器２２ａは、第１同軸リレー２１ａから送られてくるＣＡＲ信号をスルーさせるとともに、ＣＡＲ信号の一部をピックアップして位相検出回路２３に送る。第１方向性結合器２２ａをスルーしたＣＡＲ信号は、フィーダケーブルを経由して空中線装置３の電力分配器３２に送られる。

第２方向性結合器２２ｂは、第２同軸リレー２１ｂから送られてくるＳＢ信号をスルーさせるとともに、ＳＢ信号の一部をピックアップして位相検出回路２３に送る。第２方向性結合器２２ｂをスルーしたＳＢ信号は、フィーダケーブルを経由して空中線装置３の電力分配器３２に送られる。

位相検出回路２３は、０°／９０°切換によるＣＡＲ信号とＳＢ信号との位相差を検出する。詳しくは、位相検出回路３３は、第１方向性結合器２２ａでピックアップされた信号と、第２方向性結合器２２ｂでピックアップされた信号との位相差を検出し、ＩＮＴ ＷＤ信号として第１モニタ５ａおよび第２モニタ５ｂに送る。

位相検出回路３３について、詳細に説明する。位相検出回路３３において、第２方向性結合器２２ｂからピックアップされた信号は、ＩＮＴ ＷＤ感度設定用のアッテネータ（ＡＴＴ）を介して０−９０°切換スイッチに入力される。０−９０°切換スイッチは、入力された信号を０−９０°ＣＯＭＢの入力端子０または入力端子９０のいずれに送るかを切り換える。０−９０°ＣＯＭＢは、入力端子０に信号が入力された場合はその信号の位相を０°だけ遅延させて出力し、入力端子９０に信号が入力された場合はその信号の位相を９０°だけ遅延させて出力する。したがって、０−９０°切換スイッチを切り換えることにより、ＳＢ信号の位相を０°または９０°だけ遅延させて出力することができる。

０−９０°ＣＯＭＢから出力された信号は、可変位相器（ＰＨＡＳＥＲ）を介して２ＷＡＹ ＣＯＭＢに送られ、２ＷＡＹ ＣＯＭＢにおいて、第１方向性結合器２２ａからピックアップされた信号と合成される。２ＷＡＹＣＯＭＢで合成された信号は、検波器（ＤＥＴ）で検波されて、ＩＮＴ ＷＤ信号として第１モニタ５ａおよび第２モニタ５ｂのＩＮＴ ＷＤ信号の入力端子に送られる。

第１モニタ５ａおよび第２モニタ５ｂは、入力されたＩＮＴ ＷＤ信号に所定の処理を施した後に、ＩＮＴ ＷＤ信号（ＤＤＭ）を表示する。通常は、−１５０μＡ（半コース幅の点）がモニタされる。

ＣＡＲ信号およびＳＢ信号の送信系は、高周波位相が変化しないように管理されているが、高周波位相が変化した場合は、第１モニタ５ａおよび第２モニタ５ｂのＩＮＴ ＷＤ信号のＤＤＭ値が変化するので、位相ズレを監視することができる。ただし、ＣＡＲ信号およびＳＢ信号の高周波レベルが一定であること、および、ＣＡＲ変調度が変化していないことが条件である。なお、位相差の絶対量を測定することはできない。

上述した構成において、ＣＡＲ信号とＳＢ信号の高周波位相差検出方式を説明する。図６（ａ）の変調ベクトル図に示すＣＡＲ信号と図６（ｂ）の変調ベクトル図に示すＳＢ信号とを合成した場合、ＣＡＲ信号とＳＢ信号の高周波位相が同位相のときは、図６（ｄ）に示すように、１５０Ｈｚ側では、１５０Ｈｚのレベル＞９０Ｈｚのレベルとなり、９０Ｈｚ側では１５０Ｈｚのレベル＜９０Ｈｚのレベルとなる。このレベル差は、ＣＡＲ信号のレベルを一定とすれば、ＳＢ信号のレベルの増減により変化する。

今、ＳＢ信号の高周波位相を９０°だけ遅延させると図６（ｃ）に示すようになり、ＣＡＲ信号と合成した場合、図６（ｅ）に示すようになり、ＳＢ信号のレベルを増減させても、９０Ｈｚと１５０Ｈｚのレベル差は変化しない。ＣＡＲ信号とＳＢ信号の高周波位相差検出方式は、この原理を応用したものであり、ＣＡＲ信号とＳＢ信号の位相が完全に一致しているときは、ＳＢ信号のレベルにかかわらず、９０Ｈｚと１５０Ｈｚのレベル差は変化することなく、０ＤＤＭ（０μＡ）であり、これが第１モニタ５ａおよび第２モニタ５ｂのＩＮＴ ＷＤ信号の入力端子に入力されて処理される。

ＳＢ信号の高周波位相を０°に戻した場合、ＳＢ信号のレベルを増加することにより、ＤＤＭは、１５０Ｈｚ側に増加する。これが第１モニタ５ａおよび第２モニタ５ｂのＩＮＴ ＷＤ信号の入力端子に入力されて処理されることにより、−０．１５５ＤＤＭ（−１５０μＡ）になるＳＢ信号のレベルに設定される。

ＷＤ信号（ＤＤＭ）は、ＬＯＣにおいては、半コース幅のＤＤＭが規定されており、この値は、０．１５５ＤＤＭ（１５０μＡ）の位置である。通常、半コース幅の位置は、１５０Ｈｚ側の０．１５５ＤＤＭの位置が監視される。ＤＤＭは、９０Ｈｚと１５０Ｈｚの変調度の差であり、ＣＡＲ信号およびＳＢ信号の高周波位相が同位相の場合、ＳＢ信号のレベルを増減させることによりＤＤＭの値が変化するので、ＤＤＭの値が０．１５５ＤＤＭになるようにＳＢ信号のレベルが設定される。

なお、関連する技術として、特許文献１は、指示値の誤差を軽減するとともに、その使用範囲を拡大させることが可能なローカライザーから放射された電波のモニタ方式を開示している。この技術では、ローカライザー空中線素子の前方の所定距離に、ローカライザー空中線の中心線延長に対して対称かつ等間隔に複数本のモニタ空中線を配置し、分配器がモニタ空中線のそれぞれが受信した受信信号を２分配して出力し、合成器が分配器から出力された信号を等位相で合成してオンコースモニタ信号として出力し、移相器が分配器から出力された信号に位相傾斜を付与して出力し、合成器が位相傾斜が付与された信号を合成してコース幅モニタ信号を出力する。

特開平１０−２８８６５５号公報

上述した従来のＩＬＳ装置においては、高周波位相が変化した場合はＤＤＭの変化として現れるが、高周波位相を直接にモニタする機能がないため、高周波位相の変化を定量的にモニタすることができない。そのため、障害時の故障探求に時間を要し、ＭＴＴＲ（Mean Time To Repair）時間が長くなってしまうという課題がある。

また、運用中にモニタのＤＤＭが変化した場合、送信レベル（ＲＦ）および変調度（ＭＯＤ）の変化がないかどうかが確認されるが、警報に至らない程度の変化の場合は、送信レベル（ＲＦ）および変調度（ＭＯＤ）の変化では検出しにくく、原因不明の障害が生じる場合がある。

本発明の課題は、障害の原因を速やかに特定でき、原因不明の障害の発生を回避できるＩＬＳ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、入力された高周波のＣＡＲ信号の一部をピックアップする第１方向性結合器と、入力された高周波のＳＢ信号の一部をピックアップする第２方向性結合器と、第１方向性結合器でピックアップされた信号と第２方向性結合器でピックアップされた信号との位相差を検出する直接位相検出回路と、直接位相検出回路で検出された位相差を示す情報を表示するモニタを備えることを特徴とする。

本発明によれば、運用中に、モニタのＤＤＭが変化した場合、２つの高周波信号の位相差をモニタして定量的に高周波位相量変化を確認することができるので、位相変化量とモニタＤＤＭの変化量の関連性がわかり、障害の原因を速やかに特定することが可能になる。また、保守時に、モニタのＤＤＭが変化した場合、高周波位相変化に起因する故障を特定することができるため、従来は特定することが困難であったＤＤＭ変化の原因を解決することによる予防措置が可能になる。

本発明の実施例１に係るＩＬＳ装置の要部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るＩＬＳ装置の直接位相検出回路の動作を説明するための波形図である。 本発明の実施例１に係るＩＬＳ装置の直接位相検出回路における位相検波特性を説明するための図である。 従来のＩＬＳ装置／ＬＯＣの構成を示すブロック図である。 従来のＩＬＳ装置のＲＦ信号切換部の詳細と他のモニタとの接続を示す図である。 従来のＩＬＳ装置／ＬＯＣにおけるＣＡＲ信号とＳＢ信号の高周波位相差検出方式を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るＩＬＳ装置の要部の構成を示すブロック図であり、図５に示した従来のＩＬＳ装置のＲＦ信号切換部２がＲＦ信号切換部６に置き換えられるとともに、第１モニタ５ａおよび第２モニタ５ｂが第１モニタ７ａおよび第２モニタ７ｂにそれぞれ置き換えられている点を除けば、従来のＩＬＳ装置の構成と同じである。したがって、以下においては、従来のＩＬＳ装置と異なる部分を中心に説明する。

ＲＦ信号切換部６は、第１同軸リレー６１ａ、第２同軸リレー６１ｂ、第１方向性結合器６２ａ、第２方向性結合器６２ｂ、位相検出回路６３および直接位相検出回路６４を備えている。

第１同軸リレー６１ａは、従来のＩＬＳ装置における第１同軸リレー２１ａと同じであり、第１送信部１ａから送られてくるＣＡＲ信号と第２送信部１ｂから送られてくるＣＡＲ信号とを切り換えて出力し、第１方向性結合器６２ａに送る。

第２同軸リレー６１ｂは、従来のＩＬＳ装置における第２同軸リレー２１ｂと同じであり、第１送信部１ａから送られてくるＳＢ信号と第２送信部１ｂから送られてくるＳＢ信号とを切り換えて出力し、第２方向性結合器６２ｂに送る。

第１方向性結合器６２ａは、第１同軸リレー６１ａから送られてくるＣＡＲ信号をスルーさせるとともに、ＣＡＲ信号の一部をピックアップして位相検出回路６３に送り、さらに、ＣＡＲ信号の一部をピックアップして直接位相検出回路６４に送る。第１方向性結合器６２ａをスルーしたＣＡＲ信号は、フィーダケーブルを介して空中線装置３の電力分配器３２に送られる。

第２方向性結合器６２ｂは、第２同軸リレー６１ｂから送られてくるＳＢ信号をスルーさせるとともに、ＳＢ信号の一部をピックアップして位相検出回路６３に送り、さらに、ＳＢ信号の一部をピックアップして直接位相検出回路６４に送る。第２方向性結合器６２ｂをスルーしたＳＢ信号は、フィーダケーブルを介して空中線装置３の電力分配器３２に送られる。

位相検出回路６３は、従来のＩＬＳ装置における位相検出回路２３と同じものであり、０°／９０°切換によるＣＡＲ信号とＳＢ信号との位相差を検出する。詳しくは、位相検出回路６３は、第１方向性結合器６２ａでピックアップされた信号と、第２方向性結合器６２ｂでピックアップされた信号との位相差を検出し、ＩＮＴ ＷＤ信号として第１モニタ７ａおよび第２モニタ７ｂに送る。

直接位相検出回路６４は、第１方向性結合器６２ａからピックアップされたＣＡＲ信号をＬＯＧ増幅（対数増幅）した信号と、第２方向性結合器６２ｂからピックアップされたＳＢ信号をＬＯＧ増幅した信号とを直接位相検波して位相差を検出する。

ＳＢ信号は、ＤＳＢ波であるためＣＡＲ信号との位相差は、図２に示すように変調された高周波位相が順次０°と１８０°と変化する。そのため、位相検波出力信号は、正電圧と負電圧との間で変化するパルスとなる。この位相検波出力信号を正確に位相差に比例した電圧として出力することにより位相変化量を検出することができる。この直接位相検出回路６４で検出された位相差を表す信号は、感度調整回路において、設定された感度に応じて増幅され、位相差信号として第１モニタ７ａおよび第２モニタ７ｂに送られる。

上述した構成において、ＣＡＲ信号とＳＢ信号の高周波位相差検出方式を説明する。図３に示す位相検波特性を持った回路にＣＡＲ信号とＳＢ信号とを入力し、この際、ＳＢ信号を予め９０°の位相差を持たせて入力し、このときの位相検出電圧Ｖをオフセットして０Ｖとする。

この回路の出力を、感度調整回路において、位相差に対する信号電圧を一定倍率で増幅し、この出力電圧を測定することによりＣＡＲ信号とＳＢ信号の位相差を確認することができる。

また、位相検波出力信号は、０Ｖを中心としたパルスとなるためデジタルボルトメータをＡＶレンジで測定することにより簡単に位相差を確認することができる。

本発明は、障害時の故障探求に要する時間を短縮するとともに、原因不明の障害が生じるのを予防できるＩＬＳ装置に利用することができる。

６ ＲＦ信号切換部
７ａ 第１モニタ
７ｂ 第２モニタ
６１ａ 第１同軸リレー
６１ｂ 第２同軸リレー
６２ａ 第１方向性結合器
６２ｂ 第２方向性結合器
６３ 位相検出回路
６４ 直接位相検出回路

Claims (3)

1. 入力された高周波のＣＡＲ信号の一部をピックアップする第１方向性結合器と、
   入力された高周波のＳＢ信号の一部をピックアップする第２方向性結合器と、
   前記第１方向性結合器でピックアップされた信号と前記第２方向性結合器でピックアップされた信号との位相差を検出する直接位相検出回路と、
   前記直接位相検出回路で検出された位相差を示す情報を表示するモニタと
   を備えることを特徴とするＩＬＳ装置。
2. 前記直接位相検出回路は、前記第１方向性結合器でピックアップされて対数増幅された信号と前記第２方向性結合器でピックアップされて対数増幅された信号とを直接に位相検波して位相差を検出することを特徴とする請求項１記載のＩＬＳ装置。
3. 前記直接位相検出回路は、さらに、検出した位相差を表す信号を、設定された感度に応じて増幅して出力することを特徴とする請求項２記載のＩＬＳ装置。

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