JP2017053633A - レーダ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より安価でかつ小型のレーダ受信機を提供する。【解決手段】レーダ受信装置２０は、ＳＳＲ送受信機から送信される１０３０［ＭＨｚ］の質問波と航空機のトランスポンダから送信される１０９０［ＭＨｚ］の回答波とを受信して、航空機の位置を特定する。その際、周波数が異なる質問波と回答波とをそれらの周波数の中央の周波数（１０６０［ＭＨｚ］）のローカル波でミキシングして質問波と回答波とを同じ中間周波数（３０［ＭＨｚ］）に変換するので、質問波と回答波を１つの受信アンテナ２０Ａ及び受信回路２２で受信することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、二次監視レーダシステムのレーダ発信器が出力する質問波と、それに対する航空機からの回答波とを受信して航空機の位置を特定するレーダ受信装置に関する。

例えば、地震等の大災害の発生直後に緊急出動する自衛隊や報道機関の飛行機・ヘリコプター等の航空機が、航空管制局とは別個に位置情報を取得して安全な飛行を行うために、この種のレーダ受信装置が使用されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２３１９９５号公報（段落［０００４］）

しかしながら、現状のレーダ受信装置に対して低コスト化及び小型化が求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より安価でかつ小型のレーダ受信装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、二次監視レーダシステムのレーダ発信器が出力する質問波と、前記質問波に応答して航空機が出力する回答波とを受信して、前記質問波の受信タイミングと前記回答波の受信タイミングとのズレから前記航空機の位置を特定するレーダ受信装置において、前記質問波の周波数と前記回答波の周波数との中央の周波数のローカル波を生成する発振器と、前記回答波及び前記質問波を含む受信波を前記ローカル波で混合する混合器と、前記混合器によって生成され、前記回答波及び前記質問波が共通の中間周波数帯に周波数変換された状態で含まれる混在波から前記質問波の前記受信タイミングと前記回答波の前記受信タイミングとの前記ズレを検出するズレ検出手段とを備えたレーダ受信装置である。

従来のレーダ受信装置では、発振器及び混合器が、質問波用と回答波用とに分けられて２つずつ設けられていたところを、本願発明によれば、発振器及び混合器を、質問波用と回答波用とで兼用することができ、これにより、従来よりレーダ受信装置が安価でかつ小型になる。

本発明の一実施形態に係るレーダシステムの概念図 レーダシステム全体の構成を示した概念図 処理演算回路の構成を示したブロック図 （Ａ）質問信号及び回答信号をレーダ受信装置で受信したときの受信強度の概念図，（Ｂ）回答信号の受信時刻と原点時刻と基準時刻とを示す概念図 航空機の位置検出の原理を示した概念図

以下、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１の符号１０は、飛行場の航空局に設けられた一般的なレーダ発信塔（本発明の「レーダ発信器」に相当する）であって、ＳＳＲ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｒａｄａｒ）送受信機の送信アンテナ１２Ａを備えている。送信アンテナ１２Ａは、例えば１回転約４秒の周期で回転し、３［ｍｓｅｃ］の周期で質問信号を無線出力する。その際、質問信号は１０３０［ＭＨｚ］の搬送波で変調され、それが無線波としての本発明に係る「質問波」に相当する。

ＳＳＲ送受信機に対応すべく、一般的に航空機１９（例えば、飛行機、ヘリコプター、飛行船、気球）には、質問信号に応答するトランスポンダ１９Ａ（図１参照）が搭載されている。トランスポンダ１９Ａは、質問信号を受信してから予め決められた応答遅れ時間後に、航空機１９の「ＩＤナンバー」や「飛行高度」等の回答信号を無線出力する。その際、回答信号は１０９０［ＭＨｚ］の搬送波で変調され、それが無線波としての本発明に係る「回答波」に相当する。また、この回答信号及び前記した質問信号は共に複数のパルスで構成されていて、無線出力される際には、それら各パルスが上記した１０３０［ＭＨｚ］又は１０９０［ＭＨｚ］の搬送波で変調される。

さて、本実施形態のレーダ受信装置２０は、質問波を常時受信可能な任意の位置に配置されて、質問波と回答波とを受信する。そして、レーダ受信装置２０は、１０３０［ＭＨｚ］の質問波と１０９０［ＭＨｚ］の回答波とを図２に示した１つの受信回路２２で受信するために、１０３０［ＭＨｚ］と１０９０［ＭＨｚ］との中央の周波数である１０６０［ＭＨｚ］のローカル波を生成するローカル発振器２２Ａを備えている。

具体的には、受信回路２２は、受信アンテナ２０Ａを通して取り込んだ受信波を、増幅器２２Ｂ、第１バンドパスフィルタ２２Ｃ及びゲイン制御回路２２Ｄに通してからミキサー２２Ｅにてローカル波とミキシングして、中間周波数の信号に変換する。そのローカル波の周波数は、質問波の周波数である１０３０［ＭＨｚ］と回答波の周波数である１０９０［ＭＨｚ］との間の中央の周波数である１０６０［ＭＨｚ］になっているので、質問波と回答波とが共通の中間周波数（３０［ＭＨｚ］）帯に周波数変換される。これにより、質問波と回答波とが同じ中間周波数帯に周波数変換された状態で含まれる混在波が生成される。そして、その混在波に含まれる３０［ＭＨｚ］以外の周波数のノイズを第２バンドパスフィルタ２２Ｆで除去してから、ログアンプ２２Ｇでレベル検波して複数のパルス波に復調する。そのパルス復調後の混在波に含まれる複数のパルス波は、前述した質問信号及び回答信号を構成するパルスに相当する。

ここで、図４（Ａ）には、レーダ発信塔１０から一定距離に離れた位置に設置された受信アンテナ２０Ａで、質問波及び回答波を受信した際の受信強度（受信レベル）を縦軸、質問波及び回答波の先頭のパルスの受信タイミングを横軸にした概念図が示されている。同図において、受信レベル及び受信タイミングを示すための棒線（符号Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２で示された棒線）の線幅内に、各質問波及び各回答波を構成する複数パルス波が収まっていると考えると、それら各棒線が質問信号又は回答信号を示し、図４（Ａ）全体が質問信号と回答信号とを含んだ混在信号を示していると考えることができる。以下、適宜、図４（Ａ）の概念図が混在信号を示していると考えて説明を続ける。

受信回路２２は、図４（Ａ）に例示したような混在信号をＡ／Ｄコンバータ２３でデジタルデータ化して処理演算回路４５に付与する。処理演算回路４５は、ＣＰＵ４５ＡとＲＡＭ４５ＢとＲＯＭ４５Ｃとを有し、そのＣＰＵ４５Ａが、ＲＯＭ４５Ｃに記憶されたプログラムを実行することで、図３に示すように、信号判別部５０、時刻検出部５１、位置演算部５２として機能する。そして、混在信号に含まれる質問信号の受信タイミングと回答信号の受信タイミングとに基づいて航空機１９の位置を演算する。

ここで、質問波は、前述したように送信アンテナ１２Ａから３［ｍｓｅｃ］の周期で出力されているが、送信アンテナ１２Ａが１回転約４秒の周期で回転しているので、レーダ受信装置２０は、送信アンテナ１２Ａが受信アンテナ２０Ａに正対する原点位置を含んだ数度の範囲でしか受信することができない。また、その数度の範囲を送信アンテナ１２Ａが回転する間に質問波は複数回に亘って出力される。さらに、質問波の受信強度は、送信アンテナ１２Ａが受信アンテナ２０Ａに正対する原点位置で最も大きくなり、その原点位置から離れるに従って徐々に小さくなる。これにより、図４（Ａ）に示すように、混在信号には、３［ｍｓｅｃ］間隔で並んだ質問信号群Ｐ１が約４［ｓｅｃ］周期で出現する。

これに鑑み、信号判別部５０では、任意の質問信号群Ｐ１から受信強度が最も大きくなる質問信号Ｐ０を検出して、その質問信号Ｐ０の受信時刻（具体的には、質問信号Ｐ０を構成する先頭のパルスの受信時刻）を基準原点時刻として記憶する。そして、混在信号に含まれる各信号の受信時刻（具体的には、信号を構成する先頭のパルスの受信時刻）が、基準原点時刻に３［ｍｓｅｃ］の整数倍の時間を加えた時刻と一致するか否かに基づいて、各信号が、質問信号であるか回答信号であるかを判別する。換言すれば、信号判別部５０は、混在信号に含まれる複数の信号の中から回答信号Ｐ２（図４（Ａ）参照）を検出する。

信号判別部５０が回答信号Ｐ２を検出すると、時刻検出部５１（図３参照）が作動する。時刻検出部５１は、基準原点時刻に送信アンテナ１２Ａの１回転の周期（約４［ｍｓｅｃ］）の整数倍（０倍も含む）の時間を加えた時刻を原点時刻ｔ０として演算し、図４（Ｂ）に示すように、回答信号Ｐ２の受信時刻ｔ１と、その受信時刻ｔ１より前で最も近い原点時刻ｔ０とを求めると共に、原点時刻ｔ０に３［ｍｓｅｃ］の整数倍の時間を加えた時刻のうち受信時刻ｔ１の直前の時刻を基準時刻ｔ２として求め、これら各時刻ｔ０〜ｔ２を位置演算部５２に付与する。

位置演算部５２は、時刻検出部５１から取得した各時刻ｔ０〜２を用いて航空機１９の位置を演算する。具体的には、基準時刻ｔ２と回答信号Ｐ２の受信時刻ｔ１との時間差と、レーダ発信塔１０とレーダ受信装置２０との間の距離と、トランスポンダ１９Ａの前記した応答遅れ時間とに基づいて、レーダ発信塔１０（図５に示す「Ａ」点）からの航空機１９までの直線距離と、その航空機１９からレーダ受信装置２０（図５に示す「Ｂ」点）までの直線距離との和である信号伝達距離を求め、航空機１９が位置し得る範囲である楕円球９０を特定する（図５（Ａ）参照）。

次いで、位置演算部５２は、原点時刻ｔ０と基準時刻ｔ２との時間差から、その回答信号Ｐ２に対応する質問信号の発射時刻における送信アンテナ１２Ａの回転原点からの旋回角θを演算し、その旋回角θに基づいて、航空機１９の位置を曲線９１上に絞り込み（図５（Ｂ）参照）、さらに、回答信号に含まれる「飛行高度」又は推定により設定された「飛行高度」から航空機１９の３次元的な位置（図５に示す「Ｔ」点）を特定する（図５（Ｃ）参照）。

そして、レーダ受信装置２０は、特定された航空機１９の位置の変化をモニタ６０に表示したり、要求に応じてインターネットを介して遠隔地の端末装置に送る。

また、受信圏内に複数の飛行場がある場合等は、レーダ受信装置２０は、複数のレーダ発信塔１０の質問信号や、それら質問信号に対応した回答信号を受信することになる。このような場合には、レーダ発信塔１０からの質問信号の出力周期の相違に基づいてレーダ発信塔１０毎に質問信号を分別すると共に、質問信号及び回答信号における質問内容及び回答内容に応じて、質問信号と回答信号との組み合わせを定めることで、航空機１９の位置を特定することができる。

以上説明してきたように、本実施形態のレーダ受信装置２０は、ＳＳＲ送受信機から送信される１０３０［ＭＨｚ］の質問波と航空機１９のトランスポンダ１９Ａから送信される１０９０［ＭＨｚ］の回答波とを受信して、航空機１９の位置を特定することができる。その際、周波数が異なる質問波と回答波とをそれらの周波数の中央の周波数（１０６０［ＭＨｚ］）のローカル波でミキシングして質問波と回答波とを同じ中間周波数（３０［ＭＨｚ］）に変換するので、質問波と回答波を１つの受信アンテナ２０Ａ及び受信回路２２で受信することができる。即ち、本実施形態のレーダ受信装置２０によれば、受信アンテナ２０Ａ及び受信回路２２を、質問波用と回答波用とで兼用することが可能となり、従来よりレーダ受信装置を安価でかつ小型にすることができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

１０ レーダ発信塔（レーダ発信器）
１２Ａ 送信アンテナ
１９ 航空機
１９Ａ トランスポンダ
２０ レーダ受信装置
２０Ａ 受信アンテナ
２２ 受信回路
２２Ａ ローカル発振器（発振器）
２２Ｂ 増幅器
２２Ｅ ミキサー（混合器）
４４ 信号受信部
４５ 処理演算回路（ズレ検出手段）

Claims (1)

1. 二次監視レーダシステムのレーダ発信器が出力する質問波と、前記質問波に応答して航空機が出力する回答波とを受信して、前記質問波の受信タイミングと前記回答波の受信タイミングとのズレから前記航空機の位置を特定するレーダ受信装置において、
   前記質問波の周波数と前記回答波の周波数との中央の周波数のローカル波を生成する発振器と、
   前記回答波及び前記質問波を含む受信波を前記ローカル波で混合する混合器と、
   前記混合器によって生成され、前記回答波及び前記質問波が共通の中間周波数帯に周波数変換された状態で含まれる混在波から前記質問波の前記受信タイミングと前記回答波の前記受信タイミングとの前記ズレを検出するズレ検出手段とを備えたレーダ受信装置。