JP2014199214A

JP2014199214A - 二次監視レーダ装置、及びレーダシステム

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Publication number: JP2014199214A
Application number: JP2013074883A
Authority: JP
Inventors: 孝文武田; Takafumi Takeda; 義則久慈; Yoshinori Kuji
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-23

Abstract

【課題】オールコール期間、ロールコール期間における航空機の検出精度を向上させる。
【解決手段】二次監視レーダ装置は、衛星信号を受信して時刻情報を取得する衛星信号受信部と、衛星信号受信部が取得した時刻情報に基づいて、自装置の覆域と他の二次監視レーダ装置の覆域とに基づいて予め定められた処理スケジュールであってオールコール期間とロールコール期間との開始及び終了が定められている処理スケジュールを開始するタイミングを決定するチャネル管理部と、チャネル管理部が処理スケジュールを開始させると、ロールコール期間において質問信号をトランスポンダに送信し該質問信号に対する応答信号をトランスポンダから受信する送受信部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、衛星測位システム等で用いられる衛星が送信する信号に基づいた動作をする二次監視レーダ装置、及びレーダシステムに関する。

航空機の監視に用いられている二次監視レーダ装置（ＳＳＲ：Secondary Surveillance Rader）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信号を送信し、その質問信号に対する応答信号をトランスポンダから受信する。二次監視レーダ装置は、受信した応答信号から航空管制における航空機の監視に関する情報を取得する。トランスポンダには、ＡＴＣＲＢＳ（Air Traffic Control Rader Beacon System）トランスポンダと、モードＳトランスポンダとの２種類が存在する。

二次監視レーダ装置は、予め定められた周期と覆域とに応じて定められたオールコール期間において、モードＳ質問信号とＡＴＣＲＢＳ質問信号を送信して各質問信号に対する応答信号を受信する。二次監視レーダ装置は、モードＳ質問信号に対する応答信号を受信することにより捕捉したモードＳトランスポンダを搭載した航空機の捕捉を、オールコール期間と異なる期間であるロールコール期間に個別の質問信号を送信することにより継続する。また、二次監視レーダ装置は、ＡＴＣＲＢＳ質問信号に対する応答信号を受信することにより捕捉したＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載した航空機の捕捉を、オールコール期間におけるＡＴＣＲＢＳ質問信号を送信することにより継続する。

Michael C. Stevens, "Secondary Surveillance Rader", Artech House, 1998. ISBN 0-89006-292-7.

例えば広い範囲内に存在する航空機を監視する場合、一つの二次監視レーダ装置では監視しきれないため複数の二次監視レーダ装置を用いて航空機を監視している。このような場合において、個々の二次監視レーダ装置の覆域が重複する領域が生じてしまうことがある。この重複する領域に航空機が存在するときに、当該航空機に搭載されたトランスポンダに向けて複数の二次監視レーダ装置からオールコール期間における質問信号を送信すると、質問信号が互いに干渉して、トランスポンダが正しく質問信号を受信できないことがある。また、トランスポンダが正しく質問信号を受信したとしても、トランスポンダから異なる二次監視レーダ装置それぞれに対して応答信号が送信すると、応答信号が互いに干渉して各二次監視レーダ装置が正しく応答信号を受信できないことがある。

例えば、図３に示すように、複数の二次監視レーダ装置が各々独立に生成したトリガ信号に基づいてオールコール期間及びロールコール期間を定めて処理を行うと、オールコール期間が重なる期間が生じてしまう。複数の二次監視レーダ装置がオールコール期間において質問信号を送信すると、図４に示すように、自装置以外の二次監視レーダ装置が送信した質問信号に対する応答信号と、自装置の質問信号に対する応答信号とが重なった信号を受信することになる。この場合、応答信号から正しく情報を取得することができず、航空機の捕捉ができなくなってしまうことがある。図４では、横軸は時間を示し、モードＳの応答信号におけるデータ部に先行するパルス間にＡＴＣＲＢＳの応答信号のパルスが重なる例と、ＡＴＣＲＢＳの応答信号の基本パルス間に他のＡＴＣＲＢＳの応答信号のパルスが重なる例とが示されている。

このように、複数の二次監視レーダ装置を用いる場合、質問信号又は応答信号あるいは両方の信号の受信を正しく行えない、又は受信した信号から情報を取得できないことがあるという課題がある。

本実施形態の二次監視は、航空機に搭載されているトランスポンダと通信を行う二次監視レーダ装置であって、衛星信号を受信して時刻情報を取得する衛星信号受信部と、前記衛星信号受信部が取得した時刻情報に基づいて、自装置の覆域と他の二次監視レーダ装置の覆域とに基づいて予め定められた処理スケジュールであってオールコール期間とロールコール期間との開始及び終了が定められている処理スケジュールを開始するタイミングを決定するチャネル管理部と、前記チャネル管理部が処理スケジュールを開始させると、ロールコール期間において質問信号を前記トランスポンダに送信し、該質問信号に対する応答信号を前記トランスポンダから受信する送受信部とを備えることを特徴とする。

また、本実施形態のレーダシステムは、航空機に搭載されているトランスポンダと通信を行う複数の二次監視レーダ装置と、前記複数の二次監視レーダ装置と通信可能に接続されている監視装置とを具備するレーダシステムであって、前記監視装置は、前記複数の二次監視レーダ装置の設置位置及び覆域に基づいて定められた処理スケジュールであってオールコール期間とロールコール期間との開始及び終了が定められている処理スケジュールを前記複数の二次監視レーダ装置に送信し、前記二次監視レーダ装置は、衛星信号を受信して時刻情報を取得する衛星信号受信部と、前記衛星信号受信部が取得した時刻情報に基づいて、前記監視装置が送信した処理スケジュールを開始するタイミングを決定するチャネル管理部と、前記チャネル管理部が処理スケジュールを開始させると、ロールコール期間において質問信号を前記トランスポンダに送信し、該質問信号に対する応答信号を前記トランスポンダから受信する送受信部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る実施形態における二次監視レーダ装置１０の構成を示すブロック図である。同実施形態における二次監視レーダ装置１０を４つ並行に運用した場合における処理スケジュールの一例を示す図である。複数の二次監視レーダ装置が独立に動作する一例を示す図である。応答信号の重なりの例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態における二次監視、及びレーダシステムを説明する。
図１は、本実施形態における二次監視レーダ装置１０の構成を示すブロック図である。二次監視レーダ装置１０は、航空機に搭載されているトランスポンダ２０に対して質問信号を送信し、質問信号に対する応答信号を受信し、受信した応答信号から得られる情報に基づいてターゲットレポートを出力する。航空管制では、二次監視レーダ装置１０が出力するターゲットレポートを利用している。

航空機に搭載されているトランスポンダ２０は、送受信部２１及び信号処理部２２を備えている。信号処理部２２は、送受信部２１が受信した質問信号を復調復号し、受信した質問信号に応答する応答信号を生成する。送受信部２１は、信号処理部２２が生成した応答信号を二次監視レーダ装置１０に送信する。

二次監視レーダ装置１０は、送受信部１１、衛星信号受信部１２、及び、信号処理部１３を備えている。送受信部１１は質問信号の送信と応答信号の受信とをアンテナを介して行う。送受信部１１は、送受切替器１１１、送信機１１２、及び、受信機１１３を有している。送受切替器１１１は、アンテナに接続されており、送信機１１２から出力される信号をアンテナに出力し、アンテナで受信された信号を受信機１１３に出力する。送信機１１２は、信号処理部１３から入力される信号に応じて質問信号を生成し、生成した質問信号を送受切替器１１１に出力する。受信機１１３は、送受切替器１１１から出力される信号を復調復号し、復調復号した信号のうち応答信号を信号処理部１３に出力する。

衛星信号受信部１２は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全世界的航法衛星システム）で用いられている人工衛星や、ＳＢＡＳ（Satellite Based Augmentation System：静止衛星型衛星航法補強システム）で用いられている人工衛星などが送信する衛星信号を受信する。衛星信号受信部１２は、受信した衛星信号から時刻情報を取得し、取得した時刻情報を信号処理部１３に出力する。

信号処理部１３は、チャネル管理部１３１、送信制御部１３２、モードＳ応答処理部１３３、ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３４、及び、相関処理部１３５を有している。
チャネル管理部１３１は、自装置に対して予め定められた処理スケジュールと、衛星信号受信部１２から出力される時刻情報とに基づいて、オールコール期間とロールコール期間との開始及び終了を決定する。処理スケジュールは、自装置の設置位置及び覆域に基づいて定められており、チャネル管理部１３１が予め記憶している。チャネル管理部１３１は、時刻情報で示される時刻が予め定められた時刻になると、処理スケジュールの運用を開始するためのトリガ信号を内部で生成し、処理スケジュールに基づいた動作を開始してスケジュール情報を出力する。

チャネル管理部１３１は、オールコール期間とロールコール期間との開始及び終了を示すスケジュール情報を、送信制御部１３２とモードＳ応答処理部１３３とＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３４とに出力する。また、チャネル管理部１３１は、相関処理部１３５から入力される予測モードアドレスとモードＳ応答処理部１３３から入力される予測モードアドレスとに対応するモードＳトランスポンダを搭載している航空機に対して個別質問信号を生成させる制御を送信制御部１３２に対して行う。予測モードアドレスは個別質問信号の対象となるモードＳトランスポンダの識別子である。

送信制御部１３２は、チャネル管理部１３１から出力されるスケジュール情報に基づいて、オールコール期間の開始を検出すると、予め定められたモードＳとＡＴＣＲＢＳとの質問信号を生成して送信機１１２に入力する。送信制御部１３２は、ロールコール期間の開始を検出すると、チャネル管理部１３１の制御を受けて、モードＳトランスポンダを搭載している航空機それぞれに向けた個別質問信号を生成して送信機１１２に入力する。

モードＳ応答処理部１３３は、チャネル管理部１３１から出力されるスケジュール情報に基づいてオールコール期間の開始を検出すると、受信機１１３から出力される応答信号に対する処理を開始する。このとき、モードＳ応答処理部１３３は、受信機１１３から出力される応答信号のうち、モードＳの応答信号であってＰＩフィールドの値と自装置に予め割り当てられている値とが一致する応答信号を処理対象にする。モードＳ応答処理部１３３は、処理対象にした応答信号から航空管制に用いられる情報を取得する。モードＳ応答処理部１３３は、衛星信号受信部１２から出力される時刻情報を、取得した情報に付加して相関処理部１３５に出力する。また、モードＳ応答処理部１３３は、処理対象にした応答信号に含まれるモードＳアドレスを予測モードアドレスとしてチャネル管理部１３１に入力する。モードＳ応答処理部１３３は、スケジュール情報に基づいてオールコール期間の終了を検出すると、応答信号に対する処理を終了する。

また、モードＳ応答処理部１３３は、スケジュール情報に基づいてロールコール期間の開始を検出すると、受信機１１３から出力される応答信号に対する処理を開始する。このとき、モードＳ応答処理部１３３は、受信機１１３から出力される応答信号のうち、モードＳの応答信号であってモードＳアドレスが予測モードアドレスと一致する応答信号を処理対象にする。ロールコール期間において処理対象となる応答信号は、個別質問に対する応答信号である。モードＳ応答処理部１３３は、処理対象にした応答信号から各航空機に関する情報を取得する。モードＳ応答処理部１３３は、衛星信号受信部１２から出力される時刻情報を、取得した情報に付加して相関処理部１３５に出力する。モードＳ応答処理部１３３は、スケジュール情報に基づいてロールコール期間の終了を検出すると、応答信号に対する処理を終了する。

ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３４は、チャネル管理部１３１から出力されるスケジュール情報に基づいてオールコール期間の開始を検出すると、受信機１１３から出力される応答信号に対する処理を開始する。このとき、ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３４は、受信機１１３から出力される応答信号のうち、ＡＴＣＲＢＳの応答信号を処理対象にする。ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３４は、処理対象にした応答信号から航空管制に用いられる情報を取得する。ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３４は、衛星信号受信部１２から出力される時刻情報を、取得した情報に付加して相関処理部１３５に出力する。ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３４は、スケジュール情報に基づいてオールコール期間の終了を検出すると、応答信号に対する処理を終了する。

相関処理部１３５は、モードＳ応答処理部１３３から出力される情報と、ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３４から出力される情報とに基づいて、ターゲットレポートを生成して出力する。また、相関処理部１３５は、ロールコール期間における捕捉対象である航空機のモードＳアドレスを予測モードアドレスとしてチャネル管理部１３１に入力する。なお、相関処理部１３５がチャネル管理部１３１に入力するモードＳアドレス（予測モードアドレス）は、二次監視レーダ装置１０が記憶していてもよいし、外部から入力するようにしてもよい。

前述のように、本実施形態における二次監視レーダ装置１０はＧＮＳＳなどで用いられる人工衛星が送信する衛星信号から時刻を取得する。二次監視レーダ装置１０は、取得した時刻に基づいてトリガ信号を生成して処理スケジュールに基づいてオールコール期間とロールコール期間との開始及び終了を制御する。これにより、複数の二次監視レーダ装置１０は、それぞれの設置位置及び覆域に応じて予め定められた処理スケジュールの運用を、予め定められた時刻に一斉に開始することができる。その結果、複数の二次監視レーダ装置１０それぞれのオールコール期間を調整が容易になり、トランスポンダ２０が受信する質問信号が重なったり、二次監視レーダ装置１０が受信する応答信号が重なったりすることを抑制することができ、オールコール期間及びロールコール期間における航空機の検出精度を向上させることができる。

例えば、各二次監視レーダ装置１０の設置位置及び覆域に基づいて、各二次監視レーダ装置１０のオールコール期間をずらした処理スケジュールを予め定めておくことにより、二次監視レーダ装置１０の覆域が重複する領域であってもオールコール期間の質問信号が互いに干渉することを低減させることができる。また、二次監視レーダ装置１０の覆域が重複する領域に位置する航空機からのＡＴＣＲＢＳの応答信号が重なって受信されることを抑制することができる。すなわち、重複する領域に位置する航空機から送信された、他の二次監視レーダ装置１０宛ての応答信号と、自装置宛ての応答信号とが重なって信号を受信してしまう可能性を低減させることができる。このように、ＧＮＳＳやＳＢＡＳなどで用いられる人工衛星が送信する衛星信号に含まれる時刻情報で、複数の二次監視レーダ装置１０を同期させることにより、オールコール期間及びロールコール期間における航空機の検出精度を向上させることができ、より高精度な航空管制や航空監視を行うことができる。

図２は、本実施形態における二次監視レーダ装置１０を４つ並行に運用した場合における処理スケジュールの一例を示す図である。同図において横軸は時間を示している。４つの二次監視レーダ装置１０であるＳＳＲ１〜ＳＳＲ４それぞれのオールコール期間とロールコール期間とが示されている。衛星信号の時刻に基づいて予め定められた時刻ｔ０になったことを検出すると、各ＳＳＲ１〜ＳＳＲ４のチャネル管理部１３１がトリガ信号を生成し、各ＳＳＲ１〜ＳＳＲ４に割り当てられた処理スケジュールの運用を開始する。同図では、時刻ｔ０においてＳＳＲ１がオールコール期間を開始する。ＳＳＲ１のオールコール期間が終了した後の時刻t１においてＳＳＲ２がオールコール期間を開始する。ＳＳＲ２のオールコール期間が終了した後の時刻ｔ２においてＳＳＲ３がオールコール期間を開始する。ＳＳＲ３のオールコール期間が終了した後の時刻ｔ３においてＳＳＲ４がオールコール期間を開始する。以降、同様に予め定められた処理スケジュールに沿って各ＳＳＲ１〜ＳＳＲ４は周期的にオールコール期間を開始する。このように、衛星信号の時刻を基準にし、基準時刻から経過した時間ごとに二次監視レーダ装置１０それぞれのオールコール期間を開始させて重ならないようにすることができる。

前述のように、各二次監視レーダ装置１０のオールコール期間が重ならないような処理スケジュールを各二次監視レーダ装置１０に対して割り当てることができれば、トランスポンダ２０が質問信号を正しく受信できなくなったり、二次監視レーダ装置１０が応答信号を正しく受信できなくなったりすることが発生する可能性を低くすることができる。
なお、二次監視レーダ装置１０の数、その設置位置及び覆域によっては、オールコール期間がまったく重ならない処理スケジュールを定めることは困難となる可能性があるが、オールコール期間が重なる期間をレーダシステムにおいて許容できる範囲内にすることにより、要求される航空機の検出精度を得ることができる。

また、一般に運用されている二次監視レーダ装置には、既にＧＮＳＳやＳＢＡＳなどの人工衛星が送信する衛星信号を受信する機能を有しているものがあり、処理スケジュールを開始するタイミングを示すトリガ信号を生成する機能の変更のみで、本実施形態における二次監視レーダ装置１０と同様の処理を行うことができる。そのため、運用されている二次監視レーダ装置に本実施形態における手法を容易に適用することができる。

なお、本実施形態における二次監視レーダ装置１０の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより衛星信号による処理スケジュールの同期化を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、各二次監視レーダ装置１０が同一の衛星信号の時刻情報を用いるように、受信すべき衛星信号を送信する人工衛星を予め定めるようにしてもよい。この場合、人工衛星を識別する識別情報（例えば、ＰＲＮ番号）を衛星信号受信部１２に予め記憶させておいてもよい。また、衛星信号受信部１２は自装置と人工衛星との距離に基づいて、衛星信号の伝搬遅延を用いて時刻情報を補整するようにしてもよい。

また、複数の二次監視レーダ装置１０と、各二次監視レーダ装置１０に対して処理スケジュールを送信する上位の監視装置とを具備するレーダシステムにおいて、各二次監視レーダ装置１０と上位の監視装置とを通信可能に接続して運用することも可能である。このとき、上位の監視装置は、監視対象の航空機の位置や気象状況などに応じて、各二次監視レーダ装置１０のチャネル管理部１３１が記憶している処理スケジュールの変更を通知するようにしてもよい。これにより、二次監視レーダ装置１０の運用を同期化しつつ、処理スケジュールを動的に変更することが可能になる。また、処理スケジュールの変更は、すべての二次監視レーダ装置１０に対して行ってもよいし、一部の二次監視レーダ装置１０に対して行ってもよい。

１０…二次監視レーダ装置
１１…送受信部
１２…衛星信号受信部
１３…信号処理部
２０…トランスポンダ
２１…送受信部
２２…信号処理部
１１１…送受切替器
１１２…送信機
１１３…受信機
１３１…チャネル管理部
１３２…送信制御部
１３３…モードＳ応答処理部
１３４…ＡＴＣＲＢＳ応答処理部
１３５…相関処理部

Claims

航空機に搭載されているトランスポンダと通信を行う二次監視レーダ装置であって、
衛星信号を受信して時刻情報を取得する衛星信号受信部と、
前記衛星信号受信部が取得した時刻情報に基づいて、自装置の覆域と他の二次監視レーダ装置の覆域とに基づいて予め定められた処理スケジュールであってオールコール期間とロールコール期間との開始及び終了が定められている処理スケジュールを開始するタイミングを決定するチャネル管理部と、
前記チャネル管理部が処理スケジュールを開始させると、ロールコール期間において質問信号を前記トランスポンダに送信し、該質問信号に対する応答信号を前記トランスポンダから受信する送受信部と
を備えることを特徴とする二次監視レーダ装置。
航空機に搭載されているトランスポンダと通信を行う複数の二次監視レーダ装置と、前記複数の二次監視レーダ装置と通信可能に接続されている監視装置とを具備するレーダシステムであって、
前記監視装置は、
前記複数の二次監視レーダ装置の設置位置及び覆域に基づいて定められた処理スケジュールであってオールコール期間とロールコール期間との開始及び終了が定められている処理スケジュールを前記複数の二次監視レーダ装置に送信し、
前記二次監視レーダ装置は、
衛星信号を受信して時刻情報を取得する衛星信号受信部と、
前記衛星信号受信部が取得した時刻情報に基づいて、前記監視装置が送信した処理スケジュールを開始するタイミングを決定するチャネル管理部と、
前記チャネル管理部が処理スケジュールを開始させると、ロールコール期間において質問信号を前記トランスポンダに送信し、該質問信号に対する応答信号を前記トランスポンダから受信する送受信部と
を備える
ことを特徴とするレーダシステム。