JP2569766B2 - 監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、近距離航法システムであるDME（Distance
Measuring Equipment）システムの地上装置たるトラン
スポンダの監視装置に関する。

（従来の技術） DMEシステムは、航空機に搭載されるDME機上装置（イ
ンタロゲータ）とDME地上装置（トランスポンダ）とか
ら構成され、いわゆる２次レーダ方式で航行中の航空機
に対して当該DME地上局からの距離情報を提供するもの
である。即ち、インタロゲータの発した質問パルスを受
信したトランスポンダは所定の遅延時間（50μｓ）後に
応答パルスを送信するようになっており、インタロゲー
タは質問パルスを発してから応答パルス受信までの時間
を求め、50μｓの遅延時間を差引きDME地上局からの距
離情報を得るようになっている。

このDMEシステムでは覆域と距離精度を一定に維持す
る必要があり、従来のトランスポンダは受信感度が−95
dBm以下、応答遅延時間（50μｓ）の許容値が±1.0μｓ
以内と規定されている。つまり、トランスポンダの監視
装置はトランスポンダがこれらの規定値を満足して動作
しているか否かを監視するものであって、従来のトラン
スポンダおよびその監視装置は例えば第３図に示すよう
になっている。以下、第３図を参照して従来装置の動作
概要を説明する。

まず、応答遅延時間の監視は次のようにして行われ
る。第３図において、パルス発生器21′は第４図（イ）
に示す如き対パルスからなる質問パルスたる質問用変調
パルスａを発生する。この質問用変調パルス（質問対パ
ルス）ａは、第５図に示すように、1/2振幅点で測定し
てパルス間隔が12±0.25μｓ、パルス幅が3.5±0.5μｓ
の対パルスで構成され、その繰返周波数は例えば25ppps
（pulse pair per second）である。なお、パルス立上
り時間および立下り時間は3.0μｓ以下の所定値と規定
されている。

この質問用変調パルスａは、信号発生器22が発生する
搬送波信号を変調して1GHz帯の質問信号ｂとなる（第４
図（ロ））。そして、この質問信号ｂはその一部が検波
器25で検波されて検波信号ｃとなる（第４図（ハ））。
これは監視回路27′へ送られ、応答遅延時間を監視する
ためのスタート準備用に、かつ、質問数に対する応答数
の割合である応答率を監視するための信号処理用に使用
される。さらに、この質問信号ｂ（0dBm）は可変減衰器
23で所定の値（60dB）だけ減衰され、サーキュレータ24
から方向性結合器２（30dB）を経てトランスポンダ３′
の受信機５へ質問レベル−90dBmで加えられる。なお、
可変減衰器23の減衰量は運用の初期においてマニュアル
で設定される。

受信機５に加えられた質問信号ｂは、バンドパスフィ
ルタ６およびミキサ７を経て中間周波増幅器８′で増幅
検波されて検波信号ｄとなり、デコーダ10へ入力する。
デコーダ10は、検波信号ｄの1/2振幅点を検出し、スペ
ーシングが12μｓの質問パルスをデコードする。そし
て、デコードされた質問パルスは遅延回路11にて所定時
間遅延されてコーダー12へ入力し、これによりコーダー
12は所定スペーシングを持つ応答パルスを発生する。応
答パルスは送信機13、デュープレクサ４を介した空中線
１から応答信号として無線送信されるが、その一部は、
方向性結合器２から監視装置20′のサーキュレータ24を
経て検波器26で検波され検波信号ｅとなり（第４図
（ホ））、監視回路27′に応答パルスとして加えられ
る。監視回路27′は、前述した質問パルスの検波信号ｃ
から応答パルスの検波信号ｅまでの時間を計測して、所
定の許容値内か否かを監視する。

具体的には、応答遅延時間は50±0.8μｓと規定され
ているので、質問パルスの1/2振幅点から49.2μｓ後に
ゲート幅1.6μｓのゲートパルスを作り、このゲートパ
ルスと応答パルスの1/2振幅点の論理積（AND）をとり、
論理積の出力において信号が得られればノーマル、なけ
ればアラームとして処理するのである。

ここで、実際のトランスポンダ３′では、受信機ノイ
ズが存在するので、中間周波増幅器８′の出力たる検波
信号ｄは受信機ノイズが重畳されたものとなる（第４図
（ニ））。従って、デコーダ10において質問信号（検波
信号ｄ）の1/2振幅点を検出する際に、その1/2振幅検出
点は第６図に示すようにノイズによる所定ジッタ幅分変
動することになる。このときのジッタ幅（平均値）は、
固定スレッショルドの場合、次の式（１）で与えられ
る。

なお、t_rはパルスの立上り時間、Ｓは信号レベル、Ｎ
は受信機ノイズのレベルである。そこで、t_r＝１μｓと
すると、Ｓ＝−90dBmの質問信号に対し受信機出力信号
のS/Nは14dBであるので、1/2振幅点におけるジッタ幅は
約±0.45μｓとなる。つまり、監視回路27′においてゲ
ートパルスと論理積をとられる応答パルスも約±0.45μ
ｓのジッタ幅分変動する。しかし、ゲートパルスのゲー
ト幅は1.6μｓなので、従来の監視装置20′では支障な
く応答遅延時間の監視が行えるのである。

次に、最低受信感度レベル（−95dBm）よりも5dB強い
信号をトランスポンダ３′に加え感度が5dB低下したら
アラームを発生することと規定されている受信感度の監
視方法について述べる。

前述した応答遅延時間の監視と同様、パルス発生器2
1′から発生される25pppsの質問パルスをレベル−90dBm
でトランスポンダ３′に質問し、その応答パルスを受信
感度ゲート（質問パルスの1/2振幅点から45μｓ後に10
μｓの幅をもつパルス）と論理積（AND）をとった後、
質問パルス（25ppps）に対する応答率を計測し、応答率
が約60％以下のときアラームとしている。

なお、トランスポンダ３′の受信感度は応答率70％時
の質問信号レベルを基準としている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、近年の装置製造技術の進歩に対応してDME
システムの性能向上の要請が強くなり、応答遅延時間
（50μｓ）の変動許容値は航空路用では従前と同様に±
1.0μｓ以内であるが、空港用では±0.5μｓ以内の性能
が求められている。つまり、監視回路27′では変動分が
±0.5μｓ以上のときアラームにするのである。そうす
ると、±0.1μｓをモニタマージンとすれば監視すべき
応答遅延時間は50±0.4μｓとなるので、監視回路27′
では質問パルスの1/2振幅点から49.6μｓ後にゲート幅
0.8μｓのゲートパルスを作り、このゲートパルスと応
答パルスの1/2振幅点の論理積をとることになる。とこ
ろが、前述したように応答パルスにはジッタがあり、そ
のジッタ幅は約±0.45μｓでゲート幅（0.8μｓ）より
も大きくなる。故に、従来の監視装置では、ゲート幅が
殆どノイズジッタで占められる結果、正確で安定した応
答遅延時間の監視ができないという問題がある。

さらに、受信感度の監視においては、性能向上の観点
から従来方式を再検討したところ次のような問題があ
る。

まず、第４図（ニ）に示すように最低受信感度レベル
（−95dBm）は受信機ノイズレベル以下であるので、こ
の受信機ノイズによるランダムパルスが受信感度ゲート
（応答率検出ゲート）内に約８％程度混入する。これ
は、従来においては、運用上支障なしとして看過されて
いたのであるが、受信感度の正確な監視を安定的に行う
ためにはランダムパルスの混入は阻止する処置が必要で
ある。

また、受信感度の5dB低下点を応答率の60％点に対応
させているが、減衰器の減衰量と応答率は直線関係にな
いので、この対応関係のみで設定したアラーム点は必ず
しも妥当とは言えない場合が生ずる。

本発明は、このようなDMEシステムに対する性能向上
の要請に応えるべくなされたもので、その目的は、トラ
ンスポンダの短縮化された応答遅延時間の監視並びに受
信感度の監視を正確にかつ安定的になし得る監視装置を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明の監視装置は次の
如き構成を有する。

即ち、本発明の監視装置は、空中線とトランスポンダ
を接続する給電系に挿入した方向性結合器を介してトラ
ンスポンダに疑似の質問信号を与え、それに対する応答
信号を受けるDMEシステムのトランスポンダの監視装置
において；質問用変調パルスとこの質問用変調パルスの
発生時点の適宜時間前からその発生時点の適宜時間経過
後に至る所定時間を示す制御信号とを発生するパルス発
生回路と；前記質問用変調パルスで搬送波を変調した質
問信号を出力する信号発生器と；前記制御信号が示す所
定期間の間、トランスポンダの受信機に利得制御信号を
印加しトランスポンダの受信機利得を適宜レベルに低下
させる利得調整器であって、制御利得値が可変設定され
る利得調整器と；前記質問信号を適宜レベルに設定しそ
れを前記疑似の質問信号として前記方向性結合器を介し
てトランスポンダへ送出する可変減衰器であって、減衰
量が受信機利得を低下させた分低下して設定される可変
減衰器と；前記質問信号の送出時と前記方向性結合器か
ら取り込んだトランスポンダの応答信号の入力時とから
トランスポンダの応答遅延時間を計測して所定の許容値
内か否かを監視すると共に、質問数に対する応答数の割
合である応答率を求め、該応答率が所定値より低下した
ことを監視する監視回路と；を備えたことを特徴とする
ものである。

また、本発明の監視装置は、前記制御信号が示す期間
においてトランスポンダが受信増幅した前記質問信号の
受信レベルを監視し、それが所定値以上低下したとき警
報信号を出力するレベルモニタ回路；を備え、前記監視
回路は、前記応答率が所定値より低下したことを監視す
るとともに、レベルモニタ回路からの警報信号を受けて
受信レベルが所定値以上低下したことをも監視する；こ
とを特徴とするものである。

（作用） 次に、前記の如く構成される本発明の監視装置の作用
を説明する。

トランスポンダの受信機利得を、質問信号を受信増幅
する所定期間低下させる一方、利得を低下させた分質問
信号の受信機入力レベルを増加させる。その結果受信機
ノイズが抑制されS/Nが向上し、信号検出点に生ずる受
信機ノイズによるジッタが小さくなる。このときのジッ
タ幅は短縮化された応答遅延時間の監視用ゲートのゲー
ト幅に対し十分小さくできるので、正確で安定した応答
遅延時間の監視が可能となる。

また、トランスポンダが受信増幅した質問信号の信号
レベル監視は、前記S/N改善効果によって受信機ノイズ
に影響されずに行うことができる。つまり、本発明で
は、受信感度の監視を従来方式の応答率監視に加えて信
号レベル監視も行うのである。これにより受信信号レベ
ルと応答率の関係が直線的でないことによるアラーム点
設定の困難性を解消できる。

さらに、トランスポンダの受信機では、質問信号検出
期間受信機ノイズは最低受信感度レベル以下に抑制でき
るので、受信機ノイズを質問信号として検出することが
なくなる。つまり、応答率検出ゲート内に受信機ノイズ
によるランダムパルスの混入がなくなり、正確で安定し
た応答率の監視ができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るトランスポンダおよ
びその監視装置を示す。なお、従来例と同一構成部分に
は同一符号を付しその説明を省略する。

第１図において、監視装置20におけるパルス発生器21
は、従来と同様に質問用変調パルス（質問パルス）ａ
（第２図（イ））を発生する他、本実施例では第２図
（ヘ）に示すような制御信号ｆを発生する。即ち、制御
信号ｆは、質問パルスａの発生時点の適宜時間経過前か
らその発生時点から適宜時間経過後に至る所定期間（例
えば100μｓ）を示す信号である。これは利得調整器28
とレベルモニタ回路29へ与えられる。

利得調整器28は、制御信号ｆに応答して制御信号ｆと
略等時間幅の利得制御信号ｇ（第２図（ト））を発生
し、それをトランスポンダ３の中間周波増幅器８へ出力
する。その結果、中間周波増幅器８は利得制御信号ｇが
示す利得値（例えば10dB）だけ利得を低下させる。その
利得低下期間は制御信号ｆが示す期間（約100μｓ）で
ある。

一方、可変減衰器23の減衰量は、従来例では60dBであ
ったところ本実施例では50dBに設定し、トランスポンダ
３の受信機５へ入力する質問信号レベルを−80dBmとし
てある。

つまり、受信機５の利得を10dB低下させ、入力信号レ
ベルを10dB増加させるのであり、この処置により受信機
５へ入力する質問信号レベルは従来例（−90dBm）と等
価となるが、S/Nが10dB改善され従来の14dBから24dBと
なる点注意する必要がある。なお、可変減衰器23の減衰
量は、運用の初期において、5dB低下、8dB低下、10dB低
下等、マニュアルで設定して最適値をさがすことにな
る。従って、利得調整器28の利得制御信号ｇも、5dB低
下、8dB低下、10dB低下等のマニュアル設定値に従って
発生することになる。

斯くして、中間周波増幅器８において質問信号が検波
出力される区画では、第２図（ニ）に示すように、受信
機ノイズが大幅に低減され、デコーダ10での信号検出点
で生ずるジッタのジッタ幅は従来の0.45μｓから0.25μ
ｓに大幅に改善される。その結果、応答遅延時間の変動
許容値を±0.5μｓに維持しなければならない場合にお
いて監視用ゲートに必要とされるゲート幅0.8μｓに対
しこのジッタ幅は十分に小さいので、正確で安定した応
答遅延時間の監視が可能となる。

次に、レベルモニタ回路29は、パルス発生器21から制
御信号ｆがあるときのみ中間周波数増幅器８の検波信号
（ビデオ信号）ｄを、ゲート幅分（100μｓ）抽出し、
スライスレベル（−5dB）と比較し、検波信号ｄ、即ち
質問信号ｂがスライスレベルよりも大きい場合は、ノー
マル（レベルＨ）、スライスレベルよりも小さい場合
は、アラーム（レベルＬ）となるようなレベル監視信号
ｈを出力する（第２図（チ）（リ））。質問信号レベル
の5dB低下点を検出する場合、前述したS/N改善効果によ
り、受信機ノイズに影響されず検出は容易である。レベ
ルモニタ回路29のレベル監視信号ｈは、監視装置20の監
視回路27で従来方式の応答率モニタ（質問に対する応答
率が60％以下のときアラーム）と論理和（OR）がとられ
る。従って本方式による受信感度の監視は、受信レベル
と応答率との両方で監視するので、従来のレベル低下に
対する応答率60％の検出困難点を解消することができ
る。

さらに、制御信号ｆが存在する区画におけるデコーダ
10の入力信号状態をみるに、受信機ノイズレベルは通常
よりも10dB低下し、そのレベルは最低受信感度レベル
（−95dBm）以下となるので、ノイズがデコードされる
ことがなくなる。つまり、従来、受信機ノイズが検出デ
コードされることにより質問信号がブランキングされる
ことが皆無となるため、従来８％程度あった応答率検出
ゲート内へのノイズの混入がなくなり、正確で安定した
応答率の監視ができるのである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の監視装置によれば、ト
ランスポンダへ質問信号を発する所定期間、トランスポ
ンダ受信機の利得を低下させるとともに、質問信号の受
信機入力レベルを増加させ、質問信号の検出における受
信機ノイズの影響を大幅に軽減したので、トランスポン
ダの短縮化された応答遅延時間の監視を正確にかつ安定
的に行うことができる。また、受信機ノイズの低減によ
って受信感度ゲート内へのランダムパルスの混入を阻止
するとともに、受信された質問レベルを監視するように
したので、受信感度の監視を正確でかつ安定的に行うこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るトランスポンダおよび
その監視装置の構成ブロック図、第２図は動作タイムチ
ャート、第３図は従来のトランスポンダおよびその監視
装置の構成ブロック図、第４図は動作タイムチャート、
第５図は質問用変調パルス（質問対パルス）の波形図、
第６図はデコーダ10の動作説明図である。 １……空中線、２……方向性結合器、３……トランスポ
ンダ、20……監視装置、21……パルス発生器、22……信
号発生器、23……可変減衰器、24……サーキュレータ、
25,26……検波器、27……監視回路、28……利得調整
器、29……レベルモニタ回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空中線とトランスポンダを接続する給電系
   に挿入した方向性結合器を介してトランスポンダに疑似
   の質問信号を与え、それに対する応答信号を受けるDME
   システムのトランスポンダの監視装置において；質問用
   変調パルスとこの質問用変調パルスの発生時点の適宜時
   間前からその発生時点の適宜時間経過後に至る所定時間
   を示す制御信号とを発生するパルス発生回路と；前記質
   問用変調パルスで搬送波を変調した質問信号を出力する
   信号発生器と；前記制御信号が示す所定期間の間、トラ
   ンスポンダの受信機に利得制御信号を印加しトランスポ
   ンダの受信機利得を適宜レベルに低下させる利得調整器
   であって、制御利得値が可変設定される利得調整器と；
   前記質問信号を適宜レベルに設定しそれを前記疑似の質
   問信号として前記方向性結合器を介してトランスポンダ
   へ送出する可変減衰器であって、減衰量が受信機利得を
   低下させた分低下して設定される可変減衰器と；前記質
   問信号の送出時と前記方向性結合器から取り込んだトラ
   ンスポンダの応答信号の入力時とからトランスポンダの
   応答遅延時間を計測して所定の許容値内か否かを監視す
   ると共に、質問数に対する応答数の割合である応答率を
   求め、該応答率が所定値より低下したことを監視する監
   視回路と；を備えたことを特徴とする監視装置。
2. 【請求項２】前記制御信号が示す期間においてトランス
   ポンダが受信増幅した前記質問信号の受信レベルを監視
   し、それが所定値以上低下したとき警報信号を出力する
   レベルモニタ回路；を備え、前記監視回路は、前記応答
   率が所定値より低下したことを監視するとともに、レベ
   ルモニタ回路からの警報信号を受けて受信レベルが所定
   値以上低下したことをも監視する；ことを特徴とする請
   求項１に記載の監視装置。