JP4581738B2 - 対空無線システム - Google Patents

Description

本発明は対空無線システムに係り、特に同一空域を運行している航空機が各々異なる無線通信システムによって、管制通信をする対空無線システムに関する。

航空機に搭載された機上局と地上の管制卓（地上局）との間の通信、更には複数の航空機の機上局間での無線通信を行う従来の対空無線システムは、機上局及び地上局がＵＨＦ帯、又はＶＨＦ帯のアナログ無線機を使用して、ＤＳＢ−ＡＭ変調方式で変調された音声信号を送受信することで音声の無線通信を実施している。

このような従来の対空無線システムにおいて、今後チャンネルの不足解消、ファントムコントローラなどのセキュリティ対応、安全運行のための付加機能拡張のため、デジタル化される方向にある中で、同一セクタ（覆域）内を運行する航空機は、各々の音声信号を受信し、管制情報の共有や音声チャンネルの空きをパイロットが聴取し、音声チャンネルが使用されていないとパイロットが判断した送信タイミングで航空機の音声送信が行われる。

一方、従来の対空無線システムでは、機上局のアナログ無線機は、民間航空機ではＶＨＦ帯を使用し、軍用航空機（米国の航空機、防衛庁所管の航空機）はＵＨＦ帯を使用しており、同一セクタ（覆域）内の管制業務に対応するため、地上局の管制官からの音声は、ＶＨＦ帯とＵＨＦ帯の信号の同時送信により行われている。同様の技術を使った場合、更にデジタル無線機を加えた送受信制御が行われる。

しかしながら、地上局において、チャンネルの不足解消、ファントムコントローラなどのセキュリティ対応、安全運行のための付加機能拡張などのために、既存の対空無線システムとは互換性のない新システムを導入する場合、一斉に航空機無線機（機上局）を新システムへ移行できるものではないため、どうしても導入前と導入後の異種間の対空無線システムが共存する。このため、既存の対空無線システムの延長線では、機上局間においては相互同一のシステム間のみしか通信できず、異なる対空無線システムを導入している航空機間においては音声情報の共有が絶たれてしまう。

ところで、移動通信システムの分野においては、それぞれ異なる通信方式が採用されている複数の通信ネットワークに共通の加入者データベースを備えて、その加入者データベースに各通信ネットワークで使用される各加入者端末に関する情報である加入者情報が記憶され、かつ、上記各通信ネットワークを利用する各加入者端末と接続して加入者データベースを参照しながら呼処理を行う、複数の通信ネットワークに共通のサービス制御装置を備えた通信制御システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この通信制御システムによれば、複数の異なる通信方式のネットワークに属する加入者端末間の呼処理が、共通した加入者データベース及びサービス制御装置で処理可能になる。そこで、この通信制御システムを上記の異種間の対空無線システムに適用して、音声情報の共有を図ることが考えられる。

特開２００４−０８０４３１号公報（第４−６頁、図１、図２）

しかしながら、上記の通信制御システムは、加入者端末同士の１対１の通信を行う移動通信システムに適用されるものであり、管制官（地上局）と航空機（機上局）との半二重通信を通して、管制官（地上局）を介在させた複数の航空機（機上局）間の１対多通信を行って音声情報を共有する対空無線システムには適用することができない。従って、従来は、異種間の対空無線システムが共存する場合は、異種間の航空機からの送信が重複したり、応答が無いからといってパイロットが再放送するなど管制業務の安全性、効率性などに支障を来す可能性が極めて高い。

本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、機上局からの受信音声を対応する地上システムが、もう一方の方式が異なる地上システムへ音声データを送り、その地上システムから再放送することにより、あたかも同一システムであるがごとき運用を可能とし、もって管制業務の効率化、安全性向上、空対空通信（航空機間通信）を行い得る対空無線システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明は、機上局としてアナログ無線機を搭載した一又は二以上の第１の航空機と、機上局としてデジタル無線機を搭載した一又は二以上の第２の航空機とが、同一の管制覆域に存在するときに、第１及び第２の航空機と地上局との間で音声通信する対空無線システムであって、上記の地上局は、第１の航空機のアナログ無線機との間でアナログ音声の無線通信をするための第１の通信局と、第２の航空機のデジタル無線機との間でデジタル音声の無線通信をするための第２の通信局と、第１又は第２の通信局で受信したダウンリンクのアナログ音声又はデジタル音声はシステム間共通の音声データに変換して出力すると共に、その音声データをダウンリンクの音声を受信しなかった方の第１又は第２の通信局へ伝送してアップリンク音声として送信させ、入力された管制官の音声データは第１及び第２の通信局にそれぞれ供給し、第１及び第２の通信局から同時にアップリンクのアナログ音声及びデジタル音声として無線送信させる送受信制御装置と、管制官の音声をシステム間共通の管制官の音声データとして送受信制御装置に入力する一方、送受信制御装置から出力されたシステム間共通の音声データを受信してダウンリンクの音声に変換する管制卓を含む管制部とを有することを特徴とする。

この発明では、第１又は第２の通信局で受信したダウンリンクのアナログ音声又はデジタル音声を音声データに変換して管制部へ伝送し、管制部からの音声は、送受信制御装置を介して第１及び第２の通信局から同時にアップリンクのアナログ音声及びデジタル音声として無線送信するようにしたため、異種の第１及び第２の航空機と管制部との間の通信ができる。また、この発明では、受信したダウンリンクの音声を受信しなかった方の通信局を介してアップリンク音声として送信するようにしたため、異種の第１及び第２の航空機のうち音声送信をしなかった方の航空機に対しても、音声送信をしている航空機と管制部との間で通信している音声を受信させることができる。

また、上記の目的を達成するため、第２の発明は、第１の発明における送受信制御装置を、第１の通信局と第２の通信局でそれぞれ同時にダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声を受信したときは、第１の通信局と第２の通信局の音声受信タイミング又は第１の通信局と第２の通信局での受信信号品質に基づいて、どちらか一方の通信局で受信したダウンリンク音声のみを選択して音声データに変換して前記管制部へ伝送することを特徴とする。この発明では、管制部に対してダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声を受信した場合でも、管制部には一方の音声のみを伝送するので、管制官に明瞭な音声を聴取させることができる。

また、上記の目的を達成するため、第３の発明は、第２の発明の送受信制御装置を、第１の通信局と第２の通信局でそれぞれ同時にダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声を受信したときに、第１の通信局で受信したダウンリンクのアナログ音声のみを選択するときには、第２の通信局から第２の航空機に対して送信抑圧信号を送出させた後、第１の通信局で受信したダウンリンクのアナログ音声を音声データに変換して第２の通信局から第２の航空機に対してアップリンクのデジタル音声として送信させると共に、音声データを管制部へ伝送する構成としたことを特徴とする。

この発明では、デジタル音声を送信する第２の航空機に対して送信抑圧信号を送出させた後、第１の航空機から送信されたダウンリンクのアナログ音声を第２の通信局からアップリンクのデジタル音声として送信するようにしたため、第２の航空機のパイロットは、自分が送信した音声とは異なる音声を聴取することから、音声送信が許可されなかったことを可聴音にて確認できる。

また、上記の目的を達成するため、第４の発明は、第２の発明の送受信制御装置を、第１の通信局と第２の通信局でそれぞれ同時にダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声を受信したときに、第２の通信局で受信したダウンリンクのデジタル音声のみを選択するときには、第２の通信局で受信したダウンリンクのデジタル音声を音声データに変換して管制部のみに伝送する構成としたことを特徴とする。この発明では、ダウンリンクのデジタル音声をアナログ音声よりも優先するときは、管制官には受信したデジタル音声の音声データのみを伝送し、管制官に明瞭な音声を聴取させることができ、一方、アップリンクのアナログ音声は送信しない。

また、上記の目的を達成するため、第５の発明は、第１又は第２の発明における送受信制御装置が、第２の通信局のみがダウンリンクのデジタル音声を受信した後、第１の通信局と第２の通信局がそれぞれ同時にダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声を受信したときは、アナログ音声とデジタル音声の同時受信期間は、アナログ音声の音声データの音量をデジタル音声の音声データの音量よりも下げて重畳した重畳信号を生成し、その重畳信号を管制部に伝送する構成であることを特徴とする。

この発明では、管制部にアナログ音声の音声データの音量をデジタル音声の音声データの音量よりも下げて重畳した重畳信号を伝送するようにしているため、管制官に対してデジタル音声を優先処理させることができると共に、アナログ音声とデジタル音声とが同時受信されていることを知らせることができる。

本発明によれば、機上局としてアナログ無線機を搭載した一又は二以上の第１の航空機と、機上局としてデジタル無線機を搭載した一又は二以上の第２の航空機とが、同一の管制覆域に存在するときに、第１及び第２の航空機と地上局との間で音声通信する対空無線システムにおいて、第１又は第２の通信局で受信したダウンリンクのアナログ音声又はデジタル音声を音声データに変換して管制部へ伝送し、管制部からの音声は、送受信制御装置を介して第１及び第２の通信局から同時にアップリンクのアナログ音声及びデジタル音声として無線送信することにより、異種の第１及び第２の航空機と管制部との間の通信があたかも同一システムであるがごとき運用を可能とすることができ、また、異種の第１及び第２の航空機間同士の通話ができると共に、管制業務効率に支障をきたさないようにできる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる対空無線システムの一実施の形態のシステム構成図を示す。同図中、対空無線システムは、航空機１に搭載されたデジタル無線機からなる機上局と、航空機２に搭載されたアナログ無線機からなる機上局と、デジタル通信局３とアナログ通信局４とが送受信制御装置５によって接続されたリモートサイトと、回線網７と、地上局を構成する管制卓９と、送受信制御装置５と回線網７とを接続する回線制御装置６と、回線網７と管制卓９とを接続する回線制御装置８とから構成される。

デジタル通信局３とアナログ通信局４は、それぞれ送信装置（ＴＸ）３１、４１と、受信装置（ＲＸ）３２、４２とからなる。送受信制御装置５は、それぞれ空中線を伴い、バックアップ装置など１対以上の構成であってもよい。また、航空機２に搭載された機上局は従来の対空無線システムと同様のアナログ無線機であり、前述したように航空機２が民間航空機の場合はＶＨＦ帯を使用しており、軍用航空機の場合はＵＨＦ帯を使用しているが、地上局からの音声はＵＨＦ帯とＶＨＦ帯のアナログ音声信号の同時送信であるので、ＵＨＦ帯、ＶＨＦ帯のどちらを使用していても構わない。一方、航空機１に搭載された機上局はデジタル無線機であり、国際標準として規格化された、例えばＶＤＬモード３に準拠した受信機であり、ＶＨＦ帯の信号を送受信する構成である。

次に、本実施の形態の動作について説明する。

（１）アップリンク音声
管制卓９から航空機１及び２へ送信されるアップリンクの音声情報は、回線制御装置８によって中継され、更に回線網７、回線制御装置６及び送受信制御装置５を介してデジタル通信局３とアナログ通信局４にそれぞれ供給される。この音声情報はシステム間共通のインターフェースであって、デジタル、アナログを問わない。このことは、既存の対空無線システムを改修する必要がなく、また、新システムのインターフェースにも左右されないというメリットがある。

アップリンクの音声情報は、送受信制御装置５により、デジタル通信局３の送信装置３１とアナログ通信局４の送信装置４１から同時に無線送信（電波発射）される。同時送信であるため、送信装置３１のＶＨＦ帯とＵＨＦ帯の各送信周波数と送信装置４１のＶＨＦ帯の送信周波数とは、それぞれ異なるものであって、相互変調されない十分な周波数差を持つ必要がある。発射された双方の電波は、同一セクタ（覆域）内にある航空機１のアナログ無線機と航空機２のデジタル無線機とからそれぞれ管制卓９からの同一の音声情報が得られる。

（２）ダウンリンク音声（デジタル音声）
管制覆域に入った航空機１の機上局は、管制官へ運行の許可を得るために、ダウンリンクのデジタル音声送信を開始する。航空機１はデジタル無線機を機上局として装備していて、その送信周波数は、デジタル通信局３の受信周波数にチューニングされており、航空機１の機上局からの送信電波はリモートサイトのデジタル通信局３の受信装置３２で受信される。受信された電波は、送受信制御装置５に伝送され、アップリンク音声と同様の音声データに変換される。

送受信制御装置５で変換された受信音声データは、回線制御装置６とアナログ通信局４へそれぞれ供給される。回線制御装置６に供給された受信音声データは、回線網７を介して管制部の回線制御装置８を経由し管制卓９へ供給される。これにより、管制卓９では、航空機１の機上局の音声が受信できる。

一方、アナログ通信局４へ供給された受信音声データは、航空機１の機上局からの音声であることを意識せず、アップリンク音声と同じ仕組みで送信装置４１を経由しアナログ音声送信として電波発射されて航空機２のアナログ無線機で受信される。

（３）ダウンリンク音声（アナログ音声）
また、管制覆域に入った航空機２の機上局から発射されたダウンリンクのアナログ送信波は、リモートサイトのアナログ通信局４の受信装置４２で受信された後、送受信制御装置５に供給され、ここで受信音声データに変換されて、デジタル通信局３と回線制御装置６に供給される。回線制御装置６に供給された受信音声データは、回線網７を介して管制部の回線制御装置８を経由し管制卓９に供給され、これにより管制官に航空機２のパイロットの音声が受信される。

一方、デジタル通信局３へ供給された受信音声データは、航空機２の機上局からの音声であることを意識せず、アップリンク音声と同じ仕組みで送信装置３１を経由しデジタル音声送信として電波発射されて航空機１のデジタル無線機で受信される。

（４）ダウンリンク同時受信
航空機１、２の音声送信は、音声チャンネルの音声の可聴の有無によるパイロットの判断に基づき、使用されていない音声チャンネルで行われる。このため、異種システム間で音声を共有することによって、相互同時送信する頻度は小さくなるものの、タイミングによっては同時期に送信される可能性がある。

この同時送信の場合、同一システムのダウンリンク送信では、混信の度合いにより、どちらとも可聴識別されないか、電波的に強い方のみが受信可能となる。一方、異種システム間では、電波的にアイソレートされているため、同時期に送信されても正しく受信できる。しかしながら、そのまま管制官へ音声を送信したのでは、管制業務に支障を来たす可能性がある。

そこで、本実施の形態では、送受信制御装置５において、デジタル通信局３及びアナログ通信局４で受信したタイミングや受信強度などの信号品質を加味し、デジタル通信局３及びアナログ通信局４のうちどちらか一方の通信局からの音声データのみを選択し、回線制御装置６及び選択されなかった他システムの通信局３又は４へ送信することが可能となる。すなわち、異種システム間では受信機がアイソレートされており、受信レベルや受信タイミング（先勝ち方式）を送受信制御装置５によって優先する音声のみを受信できるため、異種システム間における同時受信時には少なくとも一方のシステムの航空機からのダウンリンク音声を管制官が聴取できる。

このことについて更に詳細に説明するに、例えば、図２（Ａ）に示す航空機２からのアナログ音声が優先された場合、管制卓９の管制官への音声はアナログ音声のみを伝送する一方で、デジタル音声を送信する航空機１に対しては、直ちに音声送信を停止させる方法をとる。デジタル対空無線システムとして、ＶＤＬモード３が国際規格で定められている。このデジタル対空無線システムでは、アンチブロッキング機能と呼ばれる、混信問題を解決する手段が組み込まれている。この機能を利用し、音声送信を抑圧する信号を送受信制御装置５がデジタル通信局３を介して航空機１へ送信すると共に、優先されたアナログ音声をデジタル通信局３経由で再放送することによって航空機１に伝送する。

これにより、図２（Ｂ）に示すタイミングでデジタル音声を送信している航空機１のデジタル無線機は、デジタル通信局３から図２（Ｃ）に示す送信抑圧信号１０１が送信されてこれを受信することにより送信を抑圧し、続いてデジタル通信局３から優先されたアナログ音声が同図（Ｃ）に１０２で示すようにデジタル信号形態で航空機１へ送信されるので、これを受信する。この手法によって、デジタル無線機を搭載した航空機１のパイロットは、音声送信が許可されなかったことを可聴音にて確認することが可能となる。

一方、デジタル音声が優先された場合は、管制卓９の管制官への音声はデジタル音声のみを伝送するが、アナログ音声を送信する航空機２に対しては、アナログ通信局４からの再放送は行わない。その理由は、相互に送信しても電波干渉が発生するだけで、機上アナログ無線機を停止する手段とはならないためである。

（５）航空機間通信
前記（２）と（３）のダウンリンク音声と同様な手段によって、地上局を介して異種システム間における航空機通信が可能となる。すなわち、航空機１のデジタル無線機から発射されたダウンリンクのデジタル送信電波は、デジタル通信局３で受信され、送受信制御装置５で音声データに変換され、更にアナログ通信局４で所定周波数のアナログ無線電波に変換されて航空機２へ送信される。

一方、航空機２のアナログ無線機から発射されたダウンリンクのアナログ送信電波は、アナログ通信機４で受信され、送受信制御装置５で音声データに変換され、デジタル通信局３でデジタル無線電波に変換されて航空機１へ送信される。このようにして、航空機１、２間で通信ができるが、その通信内容は、管制卓９にも受信される。このように、本実施の形態によれば、地上局通信システムでインターフェース変換されることにより、異種システムの航空機１、２間での通進が可能になる。

また、本実施の形態では、覆域内におけるすべての航空機１、２のパイロットと管制官の音声が聴取できることにより、音声の空きを認識し、送信タイミングが図れるので、新システムを導入した場合においても、管制業務効率に支障を来たすことがない。また、本実施の形態では、新システムを導入しても、送受信制御装置５と管制卓９間のインフラを共用できるので、新システムの導入が容易である。

次に、本発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態は、基本的構成については図１の通りであるが、異種間同時受信処理について工夫したものである。前記の実施の形態では、ダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声の同時受信の場合に、どちらか一方を選択していたが、この実施の形態では、タイミング又は受信レベルに応じて音声レベルを調整し、同時受信させるものである。

この実施の形態について、図３と共に更に詳細に説明するに、図３（Ａ）はダウンリンクのアナログ音声を示し、同図（Ｂ）はダウンリンクのデジタル音声を示す。図３（Ｂ）に２０１で示すように、ダウンリンクのデジタル音声の受信の方が、同図（Ａ）に示すダウンリンクのアナログ音声の受信よりも先である場合、同図（Ｃ）に示すように、両方の音声を重畳させて管制卓９へ音声伝送する。

ただし、デジタル音声を優先させるため、図３（Ｃ）に２０２で示す重畳期間では後から送信されたアナログ音声の音量を下げてデジタル音声に重畳することにより、管制官にデジタル音声を優先的に処理させることができる。また、管制官に同時に受信していることを確認させることができる。

また、図３（Ｃ）に２０３で示すアナログ音声のみ伝送する期間では、デジタル音声受信が終了した時点でアナログ音声の音量を元の状態に戻す。これにより、アナログ音声送信元を識別することが高くなり、管制官は音声再送を要求することが可能となる。

なお、図１では同一セクタ内に、機上局としてデジタル無線機を搭載した航空機１と、機上局としてアナログ無線機を搭載した航空機２とが各１機ずつ存在するものとして説明したが、どちらか一方又は両方が複数存在していても本発明を適用できる。

本発明の一実施の形態のシステム構成図である。 図１のダウンリンク音声同時受信の場合の動作説明図である。 本発明の他の実施の形態のダウンリンク音声同時受信の場合の動作説明図である。

符号の説明

１ デジタル無線機を機上局として搭載した航空機
２ アナログ無線機を機上局として搭載した航空機
３ デジタル通信局
４ アナログ通信局
５ 送受信制御装置
６，８ 回線制御装置
７ 回線網
９ 管制卓
３１，４１ 送信装置
３２，４２ 受信装置

Claims (5)

1. 機上局としてアナログ無線機を搭載した一又は二以上の第１の航空機と、機上局としてデジタル無線機を搭載した一又は二以上の第２の航空機とが、同一の管制覆域に存在するときに、前記第１及び第２の航空機と地上局との間で音声通信する対空無線システムであって、
   前記地上局は、
   前記第１の航空機のアナログ無線機との間でアナログ音声の無線通信をするための第１の通信局と、
   前記第２の航空機のデジタル無線機との間でデジタル音声の無線通信をするための第２の通信局と、
   前記第１又は第２の通信局で受信したダウンリンクのアナログ音声又はデジタル音声はシステム間共通の音声データに変換して出力すると共に、その音声データを前記ダウンリンクの音声を受信しなかった方の前記第１又は第２の通信局へ伝送してアップリンク音声として送信させ、入力された管制官の音声データは前記第１及び第２の通信局にそれぞれ供給し、前記第１及び第２の通信局から同時にアップリンクのアナログ音声及びデジタル音声として無線送信させる送受信制御装置と、
   管制官の音声を前記システム間共通の前記管制官の音声データとして前記送受信制御装置に入力する一方、前記送受信制御装置から出力された前記システム間共通の音声データを受信してダウンリンクの音声に変換する管制卓を含む管制部と
   を有することを特徴とする対空無線システム。
2. 前記送受信制御装置は、前記第１の通信局と前記第２の通信局でそれぞれ同時にダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声を受信したときは、前記第１の通信局と前記第２の通信局の音声受信タイミング又は前記第１の通信局と前記第２の通信局での受信信号品質に基づいて、どちらか一方の通信局で受信したダウンリンク音声のみを選択して前記音声データに変換して前記管制部へ伝送することを特徴とする請求項１記載の対空無線システム。
3. 前記送受信制御装置は、前記第１の通信局と前記第２の通信局でそれぞれ同時にダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声を受信したときに、前記第１の通信局で受信したダウンリンクのアナログ音声のみを選択するときには、前記第２の通信局から前記第２の航空機に対して送信抑圧信号を送出させた後、前記第１の通信局で受信したダウンリンクのアナログ音声を前記音声データに変換して前記第２の通信局から前記第２の航空機に対してアップリンクのデジタル音声として送信させると共に、前記音声データを前記管制部へ伝送することを特徴とする請求項２記載の対空無線システム。
4. 前記送受信制御装置は、前記第１の通信局と前記第２の通信局でそれぞれ同時にダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声を受信したときに、前記第２の通信局で受信したダウンリンクのデジタル音声のみを選択するときには、前記第２の通信局で受信したダウンリンクのデジタル音声を前記音声データに変換して前記管制部のみに伝送することを特徴とする請求項２記載の対空無線システム。
5. 前記送受信制御装置は、前記第２の通信局のみがダウンリンクのデジタル音声を受信した後、前記第１の通信局と前記第２の通信局がそれぞれ同時にダウンリンクのアナログ音声とデジタル音声を受信したときは、前記アナログ音声と前記デジタル音声の同時受信期間は、前記アナログ音声の音声データの音量を前記デジタル音声の音声データの音量よりも下げて重畳した重畳信号を生成し、その重畳信号を前記管制部に伝送することを特徴とする請求項１又は２記載の対空無線システム。

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