JP2012237710A - 広域マルチラテレーションシステム及び受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機から送信される信号を効率的に検出する。
【解決手段】広域マルチラテレーションシステムで利用される前記受信装置は、質問受信部と、質問信号解析部と、応答受信部と、利得調整部と、出力部とを備える。質問受信部は、二次監視レーダから航空機に送信された質問信号を受信する。質問信号解析部は、前記質問受信部で受信した質問信号から、前記二次監視レーダが質問を送信するタイミングを求める。応答受信部は、航空機から送信された信号を受信する。利得調整部は、前記応答受信部で受信された信号に、前記質問信号解析部で求められたタイミングに応じて信号の利得を調整する。出力部は、前記利得調整部で利得が調整された信号を航空機の位置の測定に使用するデータとして前記位置測定装置に出力する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、航空機から送信される信号を受信する受信装置及び受信した信号から航空機の位置を特定する広域マルチラテレーションシステム及び受信装置に関する。

航空機の飛行の安全を図るため、航空機は、質問信号や応答信号を送受信するモードＳ二次監視レーダ（ＳＳＲ：Secondary Surveillance Radar）等のレーダで監視されている。また近年、複数の受信装置で航空機から送信される信号（拡張スキッタ及びスキッタ応答）を受信し、各受信装置における信号の受信時刻の差を利用して航空機の位置を特定して航空機を監視するマルチラテレーション（ＭＬＡＴ：Multilateration）システムの利用が広まりつつある。

一方、マルチラテレーションでは、主に地上（滑走路、誘導路、エプロン等の空港内）に存在する航空機の監視を目的としている。これに対し、マルチラテレーションシステムを広域に展開し、地上だけでなく、飛行中や離発着中の広範囲（空域）に渡って航空機等の位置を監視する広域マルチラテレーション（ＷＡＭ：Wide Area Multilateration）システムも開発されている。

マルチラテレーションシステムは、大規模な空港内で導入されており、モードＳトランスポンダを搭載する航空機の監視が対象であった。一方、広域マルチラテレーションシステムでは、広範囲における航空機の位置を監視するため、モードＳトランスポンダだけではなくＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機も監視の対象になる。したがって、広域マルチラテレーションシステムでは、モードＳトランスポンダが送信する拡張スキッタやモードＳ応答に加え、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダが送信するモードＡ／Ｃ応答も検出する必要がある。

しかしながら、モードＡ／Ｃ応答は干渉を受けやすい特徴がある。また、広域マルチラテレーションでは無指向性のアンテナによる非同期受信を実施しているため、干渉の影響がさらに大きくなる。そのため、広域マルチラテレーションシステムでは、必要な信号を検出しにくい問題があった。

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

したがって本発明は、航空機から送信される信号を効率的に検出することのできる広域マルチラテレーションシステム及び受信装置を提供する。

本発明の実施形態に係る広域マルチラテレーションシステムで利用される受信装置は、質問受信部と、質問信号解析部と、応答受信部と、利得調整部と、出力部とを備える。質問受信部は、二次監視レーダから航空機に送信された質問信号を受信する。質問信号解析部は、前記質問受信部で受信した質問信号から、前記二次監視レーダが質問を送信するタイミングを求める。応答受信部は、航空機から送信された信号を受信する。利得調整部は、前記応答受信部で受信された信号に、前記質問信号解析部で求められたタイミングに応じて信号の利得を調整する。出力部は、前記利得調整部で利得が調整された信号を航空機の位置の測定に使用するデータとして前記位置測定装置に出力する。

実施形態に係る広域マルチラテレーションシステムについて説明する概略図である。 実施形態に係る受信局の構成について説明するブロック図である。 図２の受信局で実行される利得調整について説明する図である。

以下に、図面を用いて実施形態に係る広域マルチラテレーションシステムについて説明する。この広域マルチラテレーションシステムは、航空機から送信された信号を複数の局で受信して航空機の位置を特定して二次監視レーダとは別に航空機の飛行情報を取得し、航空機の飛行を監視するシステムである。

図１に示すように、実施形態に係る広域マルチラテレーションシステム１は、異なる場所に設置される複数の受信装置２ａ〜２ｄと各受信装置２ａ〜２ｄと接続される位置測定装置３とを備えている。各受信装置２ａ〜２ｄは、二次監視レーダ（ＳＳＲ）４から送信された質問信号に対して航空機５のトランスポンダから送信される応答信号を受信すると、受信した信号に信号の受信時刻を関連づけて位置測定装置３に出力する。位置測定装置３は、各受信装置２ａ〜２ｄにおける同一信号についての受信時刻の差から、航空機５の位置を測定する。

ここで、各受信装置２ａ〜２ｄは、二次監視レーダ（ＳＳＲ）４が航空機５に送信する質問信号も受信することができる。すなわち、一般的なマルチラテレーションシステムでは、受信装置は航空機から送信される信号を受信し、二次監視レーダから送信される信号は受信していなかった。これに対し、各受信装置２ａ〜２ｄは、航空機５から送信される信号に加え、二次監視レーダ４が送信する質問信号も受信することができる。

航空機５から送信される応答信号（拡張スキッタ（ＤＦ＝１７，１８）、モードＳ応答、モードＡ／Ｃ応答）は１０９０ＭＨｚを利用し、二次監視レーダ４が送信する質問信号（モードＳ質問、モードＡ／Ｃ質問）は１０３０ＭＨｚを利用するように規定されている。したがって、受信装置において、１０９０ＭＨｚの信号を受信するだけでなく、１０３０ＭＨｚの信号も受信できるようにすることで、応答信号に加えて質問信号の受信が可能になる。

なお、モードＳトランスポンダが送信する信号が拡張スキッタ、モードＳ応答であり、二次監視レーダがモードＳトランスポンダに送信する信号がモードＳ質問である。また、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダが送信する信号がモードＡ／Ｃ応答であり、二次監視レーダがＡＴＣＲＢＳトランスポンダに送信する信号がモードＡ／Ｃ質問である。具体的にはモードＡ質問に対してモードＡ応答が送信され、モードＣ質問に対してモードＣ応答が送信されるが、ここでは、モードＡ質問及びモードＣ質問を合わせてモードＡ／Ｃ質問とし、モードＡ応答とモードＣ応答を合わせてモードＡ／Ｃ応答とする。

受信装置２ａは、具体的には、図２に示すように、二次監視レーダ４が送信する質問信号に規定される１０３０ＭＨｚの信号を受信する第１アンテナ２１と、航空機５に搭載されるトランスポンダが送信する応答信号及び拡張スキッタに規定される１０９０ＭＨｚの信号を受信する第２アンテナ２２と、第１アンテナ２１で受信した信号を処理する質問信号処理装置２３と、第２アンテナ２２で受信した信号を処理する応答信号処理装置２４と、時刻を発生する時刻発生部２５とを有している。以下では、受信装置２ａを例に説明するが、他の受信装置２ｂ〜２ｄも同様の構成である。

質問信号処理装置２３は、第１アンテナ２１を介して信号を受信する質問搬送波受信部２３１と、質問搬送波受信部２３１から入力する信号から質問信号を検出する質問信号検出部２３２と、質問信号検出部２３２の検出結果を出力する質問情報出力処理部２３３と、質問信号検出部２３２の検出結果から二次監視レーダ４による質問信号の送信のタイミングを解析する質問信号解析部２３４とを備えている。

具体的には、質問搬送波受信部２３１は、第１アンテナ２１を介して受信した搬送波（ＲＦ）の信号を中間周波数（ＩＦ）に変換し、変換した信号を出力する。

質問信号検出部２３２は、質問搬送波受信部２３１から出力された信号を入力するとその二値化結果と位相情報から、質問信号であるモードＳ質問及びモードＡ／Ｃ質問（Ｐ４パルスは含まず）を検出する。すなわち、モードＳ質問及びモードＡ／Ｃ質問はそれぞれ所定のフォーマットで送信されるため、質問信号検出部２３２は、このモードＳ質問又はモードＡ／Ｃ質問に規定される所定のフォーマットを検出することで、質問信号を検出することができる。また、質問信号検出部２３２は、質問信号を検出すると、時刻発生部２５から時刻を取得して検出した質問信号（モードＳ質問、モードＡ／Ｃ質問）に関連づけて出力する。

質問情報出力処理部２３３は、質問信号検出部２３２から出力された質問信号及び時刻を入力すると、質問情報として出力する。質問情報出力処理部２３３から出力される質問情報は、例えば、位置測定装置３に入力され、二次監視レーダ４における信号送信のスケジュール把握等に利用される。

質問信号解析部２３４は、質問信号検出部２３２から出力された質問信号及び時刻を入力すると、二次監視レーダ４による質問送信のスケジュールを解析して二次監視レーダ４による質問送信のタイミングを求め、求めたタイミングを出力する。具体的には、質問信号解析部２３４は、質問信号及び時刻を解析して二次監視レーダ４による質問信号の送信の繰返し周期と、この周期の基準に使用する基準時刻とを求める。すなわち、二次監視レーダでは、所定の周期で繰り返されるオールコール期間とロールコール期間や、アンテナの回転速度に応じてモードＳ質問やモードＡ／Ｃ質問の送信スケジュールを決定しており、また、このように決定されるモードＳ質問やモードＡ／Ｃ質問の送信タイミングは繰り返し周期がある。したがって、質問信号解析部２３４は、この周期を求めるとともに、繰り返し周期の基準となる基準時刻を質問信号の送信タイミングとして求める。質問信号解析部２３４の解析結果である質問信号の送信タイミングは、応答信号処理装置２４に出力され、応答信号処理装置２４における応答信号の利得調整に利用される。

応答信号処理装置２４は、第２アンテナ２２を介して信号を受信する応答搬送波受信部２４１と、応答搬送波受信部２４１から入力する信号を利得調整する利得調整部２４２と、信号を２値化処理する二値化処理部２４３ａ〜２４３ｃと、拡張スキッタを検出する拡張スキッタ処理部２４４ａと、モードＳ応答を検出するモードＳ応答処理部２４４ｂと、モードＡ／Ｃ応答を検出するモードＡ／Ｃ応答処理部２４４ｃと、各処理部２４４ａ〜２４４ｃの検出結果を位置測定装置３に出力する監視情報出力処理部２４５とを備えている。また、応答信号処理装置２４は、外部から制御情報を入力する制御情報入力処理部２４６と、質問信号処理装置２３から入力するタイミングに応じて利得調整部２４２における利得調整のタイミングを制御するタイミング制御部２４７と、タイミング制御部２４７で制御されるタイミングで利得調整部２４２を制御する利得制御部２４８とを備えている。

具体的には、応答搬送波受信部２４１は、第２アンテナ２２を介して受信した搬送波（ＲＦ）の信号を中間周波数（ＩＦ）に変換し、さらにログビデオ信号に変換した信号を出力する。

利得調整部２４２は、応答搬送波受信部２４１から出力された信号を入力するとＳＴＣ処理によって利得を調整する。ここで、拡張スキッタと異なり、モードＳ応答とモードＡ／Ｃ応答は質問信号に同期している為、ＳＴＣ処理による利得が可能となる。また、モードＳ応答とモードＡ／Ｃ応答とを比較すると、信号フォーマットや要求される感度も異なる。したがって、利得調整部２４２は、モードＳ応答に合わせて受信信号の利得を調整するモードＳ応答調整手段２４２ａと、モードＡ／Ｃ応答に合わせて信号の利得を調整するモードＡ／Ｃ応答調整手段２４２ｂとを有している。具体的には、モードＳ応答調整手段２４２ａは、利得制御部２４８から入力するモードＳ応答用の減衰値に応じて信号の利得を調整する。また、モードＡ／Ｃ応答調整手段２４２ｂは、利得制御部２４８から入力するモードＡ／Ｃ応答用の減衰値に応じて信号の利得を調整する。

第１二値化処理部２４３ａは、応答搬送波受信部２４１から出力される信号を二値化処理し、二値化された信号を拡張スキッタ検出部２４４ａに出力する。第２二値化処理部２４３ｂは、モードＳ応答調整手段２４４ｂでモードＳ応答に合わせて利得調整された信号を二値化処理し、二値化された信号をモードＳ応答検出部２４４ｂに出力する。第３二値化処理部２４３ｃは、モードＡ／Ｃ応答調整手段２４２ｂでモードＡ／Ｃ応答に合わせて利得調整された信号をモードＡ／Ｃ応答検出部２４４ｃに出力する。

拡張スキッタ検出部２４４ａは、第１二値化処理部２４３ａから入力する二値化信号から拡張スキッタを検出すると、時刻発生部２５から時刻を取得して検出した拡張スキッタ（応答信号）に関連づけて出力する。ここで、拡張スキッタは所定のフォーマットで送信されるため、拡張スキッタ検出部２４４ａは、拡張スキッタに規定される所定のフォーマットを検出することで、拡張スキッタを検出することができる。

モードＳ応答検出部２４４ｂは、第２二値化処理部２４３ｂから入力する二値化信号からモードＳ応答を検出すると、時刻発生部２５から時刻を取得して検出したモードＳ応答（応答信号）に関連づけて出力する。モードＳ応答も所定のフォーマットで送信されるため、モードＳ応答検出部２４４ｂは、モードＳ応答に規定される所定のフォーマットを検出することで、モードＳ応答を検出することができる。

モードＡ／Ｃ応答検出部２４４ｃは、第３二値化処理部２４３ｃから入力する二値化信号からモードＡ／Ｃ応答を検出すると、時刻発生部２５から時刻を取得して検出したモードＡ／Ｃ応答（応答信号）に関連づけて出力する。モードＡ／Ｃ応答も所定のフォーマットで送信されるため、モードＡ／Ｃ応答検出部２４４ｃは、モードＡ／Ｃ応答に規定される所定のフォーマットを検出することで、モードＡ／Ｃ応答を検出することができる。

監視情報出力処理部２４５は、各処理部２４４ａ〜２４４ｃから出力された応答信号及び時刻を入力すると、応答情報として出力する。監視情報出力処理部２４５から出力される応答情報は、位置測定装置３に入力され、航空機５の位置の測定に利用される。

制御情報入力処理部２４６は、外部から、利得調整部２４２で利用される利得調整に関する制御情報を入力する。この制御情報は、利得調整で利用する応答信号の減衰レベルとオフセット時間とを含み、例えば位置測定装置３から入力する。

タイミング制御部２４７は、制御情報入力処理部２４６から入力する制御情報と、質問信号処理装置２３の質問信号解析部２３４から入力する質問信号の送信タイミングとから、利得調整部２４２での利得調整のタイミングを制御する。具体的には、タイミング制御部２４７は、質問信号解析部２３４から入力する質問信号の送信タイミングに対して、制御情報入力処理部２４６から入力された利得情報に含まれるオフセット時間で利得の調整タイミングを設定する。また、タイミング制御部２４７は、設定された調整タイミングにトリガ信号を出力するともに、利得調整で利用する減衰レベルも出力する。

利得制御部２４８は、利得制御部２４８は、タイミング制御部２４７からトリガ信号及び減衰レベルを入力すると、この減衰レベルで規定される減衰値を出力して利得調整部２４２を制御する。例えば、応答信号の減衰値と時間とは図３に示すようなグラフで表すことが可能であり、トリガ信号を入力後、時間の経過に応じて定められる減衰値を利得調整部２４２に出力する。すなわち、航空機による信号の送信から受信装置２ａでの受信に必要な時間は、航空機と受信装置２ａとの距離に比例して変化し、また信号の減衰値も距離に比例して変化する。したがって、図３に示す時間は、距離と同等である。

なお、ここで、モードＳ応答とモードＡ／Ｃ応答とでは減衰値と時間との関係も異なる為、利得制御部２４８は、モードＳ応答用とモードＡ／Ｃ応答用に減衰値を求めて出力する。利得調整部２４２は、このように利得制御部２４８が出力した減衰値を利用して入力する信号の利得を調整している。

時刻発生部２５は、時刻を発生するものである。ここで、広域マルチラテレーションシステム１では、各受信装置２ａ〜２ｄにおける信号の受信時刻の差に基づいて航空機の位置を測定するものであり、各受信装置２ａ〜２ｄの時刻発生部２５が発生する時刻は同期している必要がある。したがって、例えば、時刻発生部２５は、ＧＰＳから時刻を取得してこの時刻を発生することで、他の受信装置で管理される時刻と同期することができる。

なお、図１に示す例において、広域マルチラテレーションシステム１は４台の受信装置２ａ〜２ｄを備えるものとして説明していたが、広域マルチラテレーションシステム１が備える受信装置２ａ〜２ｄの数は限定しない。また、図１では、１台の二次監視レーダ４から質問信号を受信する例を用いて説明したが、質問信号を受信する対象の二次監視レーダの数も限定されない。

さらに、図１を用いて上述した広域マルチラテレーションシステム１では、複数の受信装置２ａ〜２ｄと、１台の位置測定装置３を備えるものとして説明したが、位置測定装置３も複数備えていてもよい。また、一般的なマルチラテレーションシステムと同様に、広域マルチラテレーションシステム１で信号の送信が可能な送信装置又は信号の送受信が可能な送受信装置を備えていてもよい。

上述のように、実施形態に係る広域マルチラテレーションシステム１において、受信装置２ａ〜２ｄは、モードＳ応答用及びモードＡ／Ｃ応答を検出する前に信号の利得を調整しているため、干渉による応答信号の検出の弊害を防止することができる。また、この利得の調整の際、質問信号を受信してこの質問信号の受信タイミングに応じて応答信号の受信タイミングを予測しているため、応答信号の時間に応じた減衰値を考慮して利得を調整することができる。

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…広域マルチラテレーションシステム
２ａ〜２ｄ…受信装置
３…位置測定装置
４…二次監視レーダ
５…航空機
２１…第１アンテナ
２２…第２アンテナ
２３…質問信号処理装置
２３１…質問搬送波受信部（質問受信部）
２３２…質問信号検出部
２３３…質問情報出力処理部（質問出力部）
２３４…質問信号解析部
２４…応答信号処理装置
２４１…応答搬送波受信部（応答受信部）
２４２…利得調整部
２４２ａ…モードＳ応答調整手段
２４２ｂ…モードＡ／Ｃ応答調整手段
２４３ａ…第１二値化処理部
２４３ｂ…第２二値化処理部
２４３ｃ…第３二値化処理部
２４４ａ…拡張スキッタ検出部
２４４ｂ…モードＳ応答検出部
２４４ｃ…モードＡ／Ｃ応答検出部
２４５…監視情報出力処理部（出力部）
２４６…制御情報入力処理部
２４７…タイミング制御部
２４８…利得制御部
２５…時刻発生部

Claims (6)

1. 航空機から送信された信号を受信する複数の受信装置と、異なる位置に設置される複数の前記受信装置で受信した信号の受信時刻の差から前記航空機の位置を測定する位置測定装置とを備える広域マルチラテレーションシステムであって、
   前記各受信装置は、
   二次監視レーダから航空機に送信された質問信号を受信する質問受信部と、
   前記質問受信部で受信した質問信号から、前記二次監視レーダが質問を送信しるタイミングを求める質問信号解析部と、
   航空機から送信された信号を受信する応答受信部と、
   前記応答受信部で受信された信号に、前記質問信号解析部で求められたタイミングに応じて信号の利得を調整する利得調整部と、
   前記利得調整部で利得が調整された信号を航空機の位置の測定に使用するデータとして前記位置測定装置に出力する出力部と、
   を備えることを特徴とする広域マルチラテレーションシステム。
2. 異なる位置で受信した信号の受信時刻の差から当該信号を送信した航空機の位置を測定する広域マルチラテレーションシステムで利用される前記受信装置であって、
   二次監視レーダから航空機に送信された質問信号を受信する質問受信部と、
   前記質問受信部で受信した質問信号から、前記二次監視レーダが質問を送信するタイミングを求める質問信号解析部と、
   航空機から送信された信号を受信する応答受信部と、
   前記応答受信部で受信された信号に、前記質問信号解析部で求められたタイミングに応じて信号の利得を調整する利得調整部と、
   前記利得調整部で利得が調整された信号を航空機の位置の測定に使用するデータとして前記位置測定装置に出力する出力部と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
3. 時刻を発生する時刻発生部と、
   前記質問受信部で受信した質問信号から、モードＳ質問及びモードＡ／Ｃ質問を検出し、前記時刻発生部で発生した時刻を当該質問信号に関連づけて出力する質問信号検出部を備え、
   前記質問信号解析部は、前記質問信号検出部から出力された質問信号及び時刻から前記タイミングとして前記二次監視レーダが質問を送信する周期と当該周期に対して基準となる基準時刻を求めることを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
4. 前記質問信号検出部から出力された質問信号及び時刻を前記位置測定装置に出力する質問出力部を備えることを特徴とする請求項３に記載の受信装置。
5. 前記質問信号解析部で求められたタイミングに応じて前記利得調整部で利得を調整するタイミング及び調整する値を制御するタイミング制御部と、
   前記タイミング制御部に制御されるタイミングに応じて、質問信号の調整に利用する値を出力する利得制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項３又は４のいずれか１に記載の受信装置。
6. 前記応答受信部で受信され、かつ前記利得調整部で利得調整されていない信号から拡張スキッタを検出し、前記時刻発生部で発生した時刻を受信時刻として付加して出力する拡張スキッタ検出部と、
   前記利得調整部で利得調整された信号からモードＳ応答を検出し、前記時刻発生部で発生した時刻を受信時刻として付加して出力するモードS応答検出部と、
   前記利得調整部で利得調整された信号からモードＡ／Ｃ応答を検出し、前記時刻発生部で発生した時刻を受信時刻として付加して出力するモードＡ／Ｃ応答検出部とを備え、
   前記出力部は、前記拡張スキッタ処理部から出力された拡張スキッタ及び時刻、前記モード応答検出部から出力されたモードＳ応答及び時刻、前記モードＡ／Ｃ応答検出部から出力されたモードＡ／Ｃ応答及び時刻を監視情報として出力する
   ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１に記載の受信装置。

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