JP2012058183A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス幅が狭い応答を受信した場合にも信頼性ある応答を解析する。
【解決手段】実施形態に係る受信装置は、所定形式の複数のパルスで形成されるプリアンブルと当該プリアンブルに続く複数のパルスで形成されるデータブロックとから成る信号を受信して解析する受信装置である。受信装置は、相関処理部と、パルス幅カウンタ部と、データ解析処理部とを備えている。相関処理部は、受信信号と所定形式との相関を求めて、受信信号からプリアンブルを検出する。パルス幅カウンタ部は、検出されたプリアンブルの各パルスのパルス幅を求める。データ解析処理部は、プリアンブルが検出されると、受信信号から検出されたプリアンブルに続くデータブロックをプリアンブルの各パルス幅の平均値を基準に解析するとともに、各パルス幅の平均値を基準に受信信号の信頼性を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、航空機に搭載されるトランスポンダから送信された信号を受信する受信装置に関する。

モードＳ二次監視レーダ（ＳＳＲモードＳ）は、航空機に搭載されているトランスポンダに対して質問を送信し、送信した質問に対する様々な情報を応答として受信することにより航空管制による監視に関わる情報を取得する装置である。また、マルチラテレーション、放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ：Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）は、主に航空機のトランスポンダから送信される応答を受信して運用する装置である。

このような航空機のトランスポンダから送信された応答を受信する装置で応答の検出性能が落ちる要因として、応答のパルス幅が狭くなることがあげられる。応答は、プリアンブルとその後に続くデータブロックとが複数のパルスで構成されているが、トランスポンダの性能や受信環境により、このパルスのパルス幅が狭くなることがある。このようにパルス幅が狭いと、応答が正常に解析されにくくなり、解析された応答の信頼性が低下する。

解析された応答の信頼性が低下すると、モードＳ二次監視レーダの場合にはターゲットを捕捉することができなくなり、マルチラテレーションやＡＤＳ−Ｂの場合には必要な情報を得ることができずに監視性能が低下する。

特開２０１０−１３３７８１号公報

Michael C. Stevens "Secondary Surveillance Radar" 1988, ISBN 0-89006-292-7

したがって本実施形態は、パルス幅が狭い応答を受信した場合にも信頼性ある応答を解析することのできる受信装置を提供する。

実施形態に係る受信装置は、所定形式の複数のパルスで形成されるプリアンブルと当該プリアンブルに続く複数のパルスで形成されるデータブロックとから成る信号を受信して解析する受信装置である。受信装置は、相関処理部と、パルス幅カウンタ部と、データ解析処理部とを備えている。相関処理部は、受信信号と所定形式との相関を求めて、受信信号からプリアンブルを検出する。パルス幅カウンタ部は、検出されたプリアンブルの各パルスのパルス幅を求める。データ解析処理部は、プリアンブルが検出されると、受信信号から検出されたプリアンブルに続くデータブロックをプリアンブルの各パルス幅の平均値を基準に解析するとともに、各パルス幅の平均値を基準に受信信号の信頼性を判定する。

実施形態に係る受信機を利用するモードＳ二次監視レーダの構成を説明する機能ブロック図である。 図１の受信機で扱う信号の一例である。 図１の解析処理部における解析について説明する図である。

以下で図面を用いて実施形態に係る受信装置（受信機）について説明する。この受信装置は、航空機に搭載されるトランスポンダから送信された応答を航空機の飛行状況の把握等に利用するために解析する装置である。図１では、受信機１２は、航空機２に搭載されるトランスポンダ２０との間で信号を送受信するモードＳ二次監視レーダ１備えられるものとして説明する。

図１に示すように、モードＳ二次監視レーダ１は、地上局に設置されている。モードＳ二次監視レーダ１は、航空機２に備えられるトランスポンダ２０から送信される応答を受信して処理するため、アンテナ１０と、アンテナ１０を介して受信した信号を解析する受信機１２と、受信機１２が解析した信号のうちモードＳ応答を処理するモードＳ応答処理部１３と、受信機１２が解析した信号のうちＡＴＣＲＢＳ応答を処理するＡＴＣＲＢＳ応答処理部１４と、モードＳ応答処理部１３及びＡＴＣＲＢＳ応答処理部１４の処理結果を利用して航空機の監視用のデータを生成する監視処理部１５と、質問の送信タイミングを管理するチャネル管理部１６と、質問を送信を制御する送信制御部１７と、アンテナ１０を介して質問を送信する送信機１８と、信号の送信と受信を切り替える切替機１１とを備えている。

受信機１２は、信号を受信すると、受信した信号から複数のパルスを含む所定形式のプリアンブルとプリアンブルに続くデータブロックとから成る信号（応答）を検出して解析する装置である。図１に示すように、受信機１２は、プリアンブルを検出する相関処理部１２１と、プリアンブルを構成するパルス幅の求めるパルス幅カウンタ部１２２と、プリアンブルが検出された場合に受信信号を解析するとともに、受信信号の信頼性を判定する解析処理部１２３と、解析された受信信号のうち信頼性のある受信信号を出力する出力部１２４とを備えている。

受信機１２が解析する信号は、図２に示すように、８μｓのプリアンブルと５６μｓ又は１１２μｓのデータブロックとで構成されており、プリアンブルは、４つのパルスで構成されている。プリアンブルを構成する第１パルスと第２パルスの間隔は１μｓ、第１パルスと第３パルスの間隔は３．５μｓ、第１パルスと第４パルスの間隔は４．５μｓの基準パターンになるように規定されている。また、データブロックは、プリアンブルの第１パルスから８μｓの位置から開始する。ここで、プリアンブル及びデータブロックを構成する各パルスのパルス幅はそれぞれ５００ｎｓを前提として設定されているが、トランスポンダの性能や受信環境によって５００ｎｓよりも広くなったり狭くなったりすることもある。

相関処理部１２１には、図示を用いた説明を省略するが、受信信号がＡ／Ｄ変換器でディジタルに変換され、２値化手段で２値化された受信信号が入力する。相関処理部１２は、入力する信号と図２に示すような所定間隔の４つのパルスから成る形式との相関を求めて、受信信号のプリアンブルを検出し、プリアンブル検出結果を出力する。このプリアンブル検出結果は、パルス幅カウンタ部１２２、解析処理部１２３及び出力部１２４に入力される。

パルス幅カウンタ部１２２は、相関処理部１２１からプリアンブルが検出された検出結果を入力すると、２値化された受信信号に含まれるプリアンブルを形成する４つのパルスそれぞれのパルス幅ａ１〜ａ４をカウントする。パルス幅カウンタ部１２２でカウントされた各パルスのパルス幅ａ１〜ａ４は、解析処理部１２３に入力される。

図２では、各パルス幅ａ１〜ａ４を表わすレベルが出力される例であり、第１パルスのパルス幅ａ１について２０、第２パルスのパルス幅ａ２について１９、第３パルスのパルス幅ａ３について２０、第４パルスのパルス幅ａ４について２０が出力される例を示している。なお、プリアンブルのカウントについては、従来から利用されている方法を利用することができ、例えば、特開２０１０−１３３７８１号公報に記載されているような方法を利用することができる。

解析処理部１２３は、相関処理部１２１からプリアンブルが検出された検出結果を入力し、パルス幅カウンタ部１２２からプリアンブルの各パルスのパルス幅を入力すると、２値化された受信信号を解析する。受信機１２が解析する信号はマンチェスタコードであり、プリアンブルの第１パルスから８μｓの位置がデータブロックの最初のデータビットとなる。したがって、解析処理部１２３は、プリアンブルの第１パルスから８μｓの位置から５６μｓ又は１１２μｓの位置までのデータブロックの各データビットを出力する。また、解析処理部１２３は、データビットの他、信頼性ビットを求めて出力する。このデータビットと信頼性ビットは、出力部１２４に入力される。

ここで対象とする信号は、１ビットあたり１μｓのマンチェスタコードであり、１ビット内の前半部と後半部が必ず逆のレベルとなる信号である。すなわち、正常なデータの場合にはビットの中央で必ずデータの推移が発生するため、解析処理部１２３では、ビットの中央に検出ウィンドウを設けて解析する。

本実施形態では、ビット内が“０１”の場合に論理“０”、“１０”の場合に論理“１”であるものとして説明する。具体的には、解析処理部１２３は、データビットについては、解析手段１２３ｃが、ビット毎に検出ウィンドウ内で立ち上がりを検出したら論理“０”、立下りを検出したら論理“１”とする。また、解析処理部１２３は、信頼性ビットについては、判定手段１２３ｄが、ビット毎に検出ウィンドウ内で立上り又は立下りを検出した場合には信頼性“有”とし、立上りも立下りも検出しないときには信頼性“無”とする。すなわち、検出ウィンドウ内に立上り又は立下りが存在するときには、信号が不要な信号ではなく使用できるビットであると判断することができるためである。

このとき、解析処理部１２３は、演算手段１２３ａによってプリアンブルの各パルスのパルス幅の平均値を求め、設定手段１２３ｂによってパルスの検出に利用する検出ウィンドウの設定を設定する。したがって、解析手段１２３ｃは設定手段１２３ｂによって設定された検出ウインドウを利用してデータビットを解析し、判定手段１２３ｄは設定手段１２３ｂによって設定された検出ウィンドウを利用して信頼性を判定する。

例えば、図３（Ａ）に示すように、パルス幅が５００ｎｓ（パルス幅のレベル２０）の場合に検出ウィンドウ内で立下りがあるとき、データビットは“１”となり、信頼性ビットは“有”と解析される。しかしながら、図３（Ｂ）に示すように、パルス幅が４００ｎｓ（パルス幅のレベル１６）のように検出ウィンドウで検出可能な範囲より狭い場合や広い場合には、検出ウィンドウ内で立ち上がりや立下りが存在しないため、データビットは検出できず、信頼性ビッドは“無”と解析される。したがって、使用対象の信号を受信しても、パルス幅が狭い場合や広い場合には使用することが出来なくなる。これに対し、パルス幅が４００ｎｓの場合であっても、演算手段１２３ａによって求められたパルス幅の平均値によって図３（Ｃ）に示すように、設定手段１２３ｂが検出可能な範囲が広い検出ウィンドウを設定した場合には、検出ウィンドウ内に立ち上がりや立ち下がりが存在することになる。したがって、図３（Ｃ）に示す場合には、検出ウィンドウを調整することで、解析手段１２３ｃはデータビットを“１”と解析し、判定手段１２３ｄは信頼性ビットを“有”と判定することができる。

出力部１２４は、受信信号について解析処理部１２３からデータビットと信頼性ビットとを入力すると、全ての信頼性ビットが“有”で信頼性がある信号について受信信号を後段に出力する。

このように、受信機１２では、パルス幅に合わせてパルスの検出ウィンドウを設定し、データビットと信頼性ビットを解析することで、パルス幅が狭い応答を受信した場合にも信頼性ある応答を解析することができる。

なお、図１では、受信機１２がモードＳ二次監視レーダ１に備えられるものとして説明したが、この受信機１２は、同様の信号を受信するマルチラテレーションシステムの受信装置やＡＤＳ−Ｂの受信装置として利用することもできる。

上記のように、本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなる。また、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。

１…二次監視レーダ
１０…アンテナ
１１…切替機
１２…受信機
１２１…相関処理部
１２２…パルス幅カウンタ部
１２３…解析処理部
１２３ａ…演算手段
１２３ｂ…設定手段
１２３ｃ…解析手段
１２３ｄ…判定手段
１２４…出力部
１３…モードＳ応答処理部
１４…ＡＴＣＲＢＳ応答処理部
１５…監視処理部
１６…チャネル管理部
１７…送信制御部
１８…送信機
２…航空機
２０…トランスポンダ

Claims (3)

1. 所定形式の複数のパルスで形成されるプリアンブルと当該プリアンブルに続く複数のパルスで形成されるデータブロックとから成る信号を受信して解析する受信装置であって、
   受信信号と前記所定形式との相関を求めて、受信信号からプリアンブルを検出する相関処理部と、
   検出されたプリアンブルの各パルスのパルス幅を求めるパルス幅カウンタ部と、
   プリアンブルが検出されると、受信信号から検出されたプリアンブルに続くデータブロックをプリアンブルの各パルス幅の平均値を基準に解析するとともに、各パルス幅の平均値を基準に受信信号の信頼性を判定するデータ解析処理部と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記データ解析処理部は、
   前記パルス幅カウンタ部で求められたプリアンブルの各パルス幅の平均値を求める演算手段と、
   前記演算手段で求められた平均値に応じてパルスの検出に利用する検出ウィンドウを設定する設定手段と、
   前記設定手段で設定された検出ウィンドウでパルスの立上り又は立下りを検出して受信信号のデータブロックを解析する解析手段と、
   前記検出手段で設定された検出ウィンドウでパルスの立上り又は立下りの有無を検出して受信信号の信頼性を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の受信装置。
3. 前記データ処理部からデータブロックの解析結果と信頼性の判定結果とを入力し、信頼性があるデータブロックを含む受信信号のみ有効なデータとして出力する出力部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の受信装置。

Images