JP4664947B2

JP4664947B2 - Ｄｍｅ地上装置

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Publication number: JP4664947B2
Application number: JP2007174227A
Authority: JP
Inventors: 幸弘上村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: US20090033541A1; US7683823B2; JP2009014398A; EP2015104B1; EP2015104A1

Description

本発明は、航空機と地上装置間の距離を測定するＤＭＥ装置に係り、特に航空機に搭載されたインタロゲータからの信号に対し、一定の遅延時間後パルス信号を再送するＤＭＥ地上装置に関する。

航空機に対して用いられている距離測定装置（ＤＭＥ：ｄｉｓｔａｎｃｅＭｅａｓｕｒｉｎｅｇＥｑｕｉｐｍｅｎｔ；以下、ＤＭＥ装置という）は、航空機に搭載されている機上装置と、この機上装置と地上側から交信する地上装置とから構成されている２次レーダ方式である。

ＤＭＥ装置では、航空機にＤＭＥ機上装置（以下、単に地上装置という）として質問装置（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ：インタロゲータ）を、地上側にＤＭＥ地上装置として応答装置（ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ：トランスポンダ）と呼ばれる送受信機がそれぞれ設けられている。

機上装置の質問装置は、ＵＨＦ帯（周波数は、インタロゲータとトランスポンダは常に６３ＭＨｚ差で応答するようにしており、インタロゲータは、１，０２５〜１，１５０ＭＨｚで、トランスポンダは、９６２〜１，２１３ＭＨｚである）の質問パルス（ペアパルス；対パルスとなっている）をＤＭＥ地上装置の応答装置に対して発射し、それに対する応答装置からの応答パルス（ペアパルスとなっている）を受信するまでの時間に基づいて距離を測定している（例えば、特許文献１を参照）。

ＤＭＥ地上装置は、それぞれのＤＭＥ地上装置毎に周波数が割り当てられており、割り当てられた周波数によってＤＭＥ地上装置が特定される。

また、ＤＭＥ地上装置は、複数の質問装置（航空機）からの質問にそれぞれ応答可能で、約１００機の航空機に距離情報を提供することができるが、約１００機を上回る航空機からのアクセスがあった場合には、弱い電波、即ち、遠くにいる航空機を無視することによって、装置に対して所定以上の負荷がかからないようにしている。

また、ＤＭＥ地上装置では、インタロゲータの周波数のチャンネル割り当てが、１ＭＨｚセパレーションとなっている。そのため、ＤＭＥ地上装置においては、隣接チャンネルの信号を受信した場合でも誤動作しないことが絶対的に求められている。もし、誤動作した場合には、航空機に対し誤った位置情報を提供してしまうことになり、安全が補償できない事態になる恐れがある。

したがって、ＤＭＥ地上装置においては、インタロゲータの周波数のチャンネル割り当てから９００ｋＨｚ以上離れているインタロゲータ信号を受信した場合は、処理しないという機能が規格化され、遵守することが課せられている。

このインタロゲータの周波数のチャンネル割り当てから９００ｋＨｚ以上離れているインタロゲータ信号を受信した場合は、処理しないという機能の具現化は、従来はアナログ回路により実現されていた。そのため、回路規模が大きくなり、また、調整作業に多大な時間を要していた。

なお、ＤＭＥ地上装置の利得制御の記述については、開示されている文献が存在する（例えば、特許文献１を参照）。
特許第２６２９６１２号公報

上述のように、ＤＭＥ地上装置では、インタロゲータの周波数のチャンネル割り当てが、１ＭＨｚセパレーションとなっている。そのため、ＤＭＥ地上装置では、隣接チャンネルの信号を受信した場合でも誤動作しないことが、安全性の観点から課せられている。

そのため、ＤＭＥ地上装置では、インタロゲータの周波数のチャンネル割り当てから９００ｋＨｚ以上離れているインタロゲータ信号を受信した場合は、処理をおこなわないという機能が設定されている。

このインタロゲータの周波数のチャンネル割り当てから９００ｋＨｚ以上離れているインタロゲータ信号を受信した場合は、ＤＭＥ地上装置は、対応の処理をおこなわないという機能の具現化は、従来、アナログ回路により実現されていた。そのため、回路規模が大きくなり、調整作業に多大な時間を要すという不便があった。

また、特許文献１には、ＤＭＥ地上装置の利得制御について記述は開示されているが、インタロゲータの周波数のチャンネル割り当てから９００ＫＨｚ以上離れた信号について、対応処理しないための方法、装置についての一切の記述は見当たらない。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、ＤＭＥ地上装置でのインタロゲータの周波数のチャンネル割り当ての中心周波数から９００ｋＨｚ以上離れたインタロゲータの信号を処理しない機能を、ローコストで実現するためのＤＭＥ地上装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、航空機からの質問信号を受信する空中線部と、この空中線部により受信した質問信号を受信し、該質問信号に対する応答信号を生成して前記航空機に対して送信するトランスポンダ部と、このトランスポンダ部を監視制御する監視制御部とを備え、前記トランスポンダ部は、受信信号を、隔離、分離または結合するサーキュレータと、このサーキュレータからの出力をＩＦ周波数帯に変換するＩＦ変換部と、このＩＦ変換部からの出力をＡＤ変換してデジタル化するＡＤ変換部と、このＡＤ変換部でデジタル化されたデジタル信号と、このデジタル信号を中心周波数と、中心周波数に±９００ｋＨｚの周波数の３つの検波出力を算出し、算出された３つの検波出力の大小を比較判断する処理部と、この処理部で判断された結果に応じて応答信号のパルスを送出するパルス送信部とを有し、受信した質問信号の中心周波数と、この中心周波数に対して±９００ｋＨｚの２つ周波数の検波出力を算出し、中心周波数から±９００ｋＨｚ離れた検波出力よりも、中心周波数の検波出力が大きい場合には希望波と判断し、当該航空機に対して応答信号の送出処理を行い、中心周波数から±９００ｋＨｚ離れた検波出力よりも、中心周波数の検波出力が小さい場合には隣接チャンネルの信号とみなして、当該航空機に対して応答信号の送出処理を行わないことを特徴とするＤＭＥ地上装置が提供される。

また、本発明の実施形態に係るＤＭＥ地上装置は、前記処理部はデジタル回路で構成され、前記デジタル回路には少なくともＳｉｎ波とＣｏｓ波を発生させるＮＣＯと、不要な周波数成分の除去をおこなうローパスフィルタとが形成されていることである。

また、本発明の実施形態に係るＤＭＥ地上装置は、前記パルス送信部は、前記処理部での処理結果に対応して、所定のシステム遅延時間を付与し、再度コード化して応答信号として送信していることである。

本発明によれば、インタロゲータの周波数のチャンネル割り当てから９００ｋＨｚ以上離れた信号を検出識別でき、隣接チャンネルを受信しても誤動作しないＤＭＥ地上装置をローコストで実現できる。

以下、本発明のＤＭＥ地上装置についての実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明のＤＭＥ地上装置の実施形態を示すブロック図である。ＤＭＥ地上装置１０は大略すると、図示しない航空機からの質問信号を受信しその応答信号を送信するアンテナ部である空中線部１１と、この空中線部１１に接続された方向性結合器１２と、航空機からの質問信号に対して応答信号を生成するトランスポンダ部２０と、このＤＭＥ地上装置１０の全体を監視する監視制御部３０とにより構成されている。

空中線部１１は、航空機（不図示）の機上装置からの質問パルス信号を捕捉するアンテナである。なお、ＤＭＥ地上装置１０は、装置毎に周波数が割り当てられているので、割り当てられている周波数近傍の帯域の周波数を受信する。

方向性結合器１２は、一般に用いられているもので、信号を隔離、分離または結合するためのマイクロ波伝送のルーティングに用いられる汎用機器である。

トランスポンダ部２０は、空中線部１１と方向性結合器１２とを介して受信した、航空機の機上装置の質問装置（インタロゲータ、不図示）からの受信信号を、隔離、分離または結合するサーキュレータ２１と、このサーキュレータ２１からの出力をＩＦ周波数帯（中間周波数帯）に変換するＩＦ変換部２２と、このＩＦ変換部２２からの出力をＡＤ変換してデジタル化するＡＤ変換部２３と、このＡＤ変換部２３でデジタル化されたデジタル信号に後述する所定の処理を施して、受信信号等の検波出力を算出し、この検波出力を比較判断して、中心周波数±９００ｋＨｚの以内か否かを判断する処理部２４と、この処理部２４で判断された結果に応じて応答信号のパルスを送出するパルス送信部２５とを具備している。

なお、ＩＦ変換部２２は、高周波信号を信号処理（変調や復調等）が容易なＩＦ（中間周波数）に変換するもので、一般的な公知の回路構成を用いている。例えば、特に図示はしないが、高周波増幅回路、ミキサ、局部発信回路等により構成されている。航空機からの信号は、空中線部１１と方向性結合器１２とを介して、トランスポンダ部に入力され、サーキュレータ２１を介してＩＦ変換部２２に入力される。ＩＦ変換部２２では受信信号を、高周波増幅回路にて増幅され、ミキサにおいて局部発振回路からの局部発振信号と混合されることにより、ＩＦ（中間周波数）帯信号に周波数変換される。

ＡＤ変換部２３は、質問信号と応答信号とは、周波数の有効利用、隣接周波数帯への影響の軽減等のために、疑似ガウス（ガウシアン）波形が使用されているので、この擬似ガウス波形のパルスピークを基準に所定のスレショールドを用いて量子化してＡＤ変換し、入力信号をデジタルパルスに整形している。

また、処理部２４は、受信信号等の検波出力（高周波信号レベルに比例した直流電圧）を算出し、中心周波数±９００ｋＨｚ以内か否かを判断するためのデジタル回路で構成されている。デジタル回路には、特に図示はしないが、ＮＣＯ（ＮｕｍｅｒｉｃＣｏｎｔｒｏ１ｌｅｄＯｓｃｉｌ１ａｔｏｒ数値制御発信器）やＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒローパスフィルタ）や演算部（ＡＬＵ）、判定器（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ）等が形成されている。

ＮＣＯは一般に知られている構成で、その回路構成を図２に示す。すなわち、ＮＣＯ２６は、加算器（不図示）からの出力信号を入力とする加算器２６ａ、この加算器２６ａに接続された遅延回路（Ｄ）２６ｂ、及び遅延回路２６ｂに接続されたＲＯＭ２６ｃを備えて構成されている。加算器２６ａと遅延回路２６ｂでアキュムレータを形成しており、周波数に対応した入力信号が位相に対応した値θに変換される。アキュムレータの出力の最大値が＋π（ラジアン）に対応し、最小値が−πに対応する。ＲＯＭ２６ｃは、遅延回路２６ｂの出力θに対応するＳｉｎθとＣｏｓθを出力する。すなわち、Ｓｉｎ波とＣｏｓ波を発生させる。

ローパスフィルタは、例えば、ルートロールオフ特性のローパスフィルタで、不要な周波数成分の除去をおこなう。

パルス送信部２５は、処理部２４の出力に応じて応答信号のパルスを送出するために、処理部２４から出力された信号に対して、所定のシステム遅延時間（例えば５０μｓ）を付与し、再度コード（符号）化し、応答信号として生成している。この応答信号は応答信号送出部１７より方向性結合器１２を介して空中線部１１より、質問信号を発した航空機に応答信号として送信される。

その際の応答信号は（応答パルスやランダムパルスなどの送信パルス）の仕様は次のように決められている。すなわち、周波数は９６２ＭＨｚから１，２１５ＭＨｚの任意の１波。波形は、ガウシアンパルス。ピ−ク値は、３ＫＷ又は１．５ＫＷ。パルス幅は、３．５μＳのペアパルス（ペア間隔は、例えば、１２μｓ）。送信タイミングは、ランダムだが、送信パルス数は２，７００ｐｐｓで一定である。

監視制御部３０は、ＤＭＥの機上装置からの信号と同様な所定レベルの質問パルス信号を、方向性結合器１２を介して入力している。また、トランスポンダ部２０で応答パルス信号として応答信号送出部１７から出力される信号を、方向性結合器１２を介して受信し、ＤＭＥ地上装置２０の動作状態を常時モニタしている。また、さらに、監視制御部３０にデジタル的なカウンタによる送信パルス数の処理回路を設け、計数して制御している場合も有る。

次に、上述した構成のＤＭＥ地上装置２０の動作について説明する。

この動作は、大略すると、空中線部で信号を受信し、受信した信号をＩＦ信号に変換し、さらに、ＡＤ変換した後に、処理部２４での（１）受信信号等の検波出力を得るステップ。（２）得られた検波出力を比較判断して、中心周波数±９００ｋＨｚ以内か否かを判断するステップによりおこなわれる。

すなわち、航空機の機上装置の質問装置（インタロゲータ）から質問信号を空中線部１１が受信すると、この質問信号は方向性結合器１２を介してトランスポンダ部２０へ入力される。トランスポンダ部２０では、質問信号はサーキュレータ２１を経由してＩＦ変換部２２へ入力され、入力された質問信号は、ＩＦ周波数帯（中間周波数帯）に変換される。このＩＦ周波数帯に変換された質問信号は、ＡＤ変換部２３に入力され、ＡＤ変換されて質問信号がデジタル化される。デジタル化された質問信号は、処理部２４に入力される。

処理部２４では、まず、（１）のステップとして、検波出力を得るための種々の処理手順による演算が行なわれる。

すなわち、ＮＣＯ２６により、ＩＦ信号と同一の周波数或いはサンプリング周波数とＩＦ信号との差の周波数に関するＣｏｓ波とＳｉｎ波を発生させる。この発生したＣｏｓ波とＳｉｎ波に対して、ＡＤ変換部２３でデジタル化されて処理部２４に入力されたＩＦ周波数帯の質問信号を掛け合わせ、ＩＱ直交検波をデジタル的におこなう。

なお、ＩＱのＩは同相（ｉｎｐｈａｓｅ）、Ｑは直交位相（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｐｈａｓｅ）を意味している。

つまり、ＡＤ変換部２３から出力されたデジタル信号である質問信号に対し、ＮＣＯ２６から出力されるＳｉｎθ、Ｃｏｓθの信号成分を乗算することにより、ベクトルの回転対称変換をおこない、ＩＦ周波数帯の質問信号をベースバンド帯域に変換（復調）している。

次に、ＩＦ信号（質問信号）とＮＣＯで発生したＳｉｎ波、Ｃｏｓ波により掛け合わされたベースバンド帯域の出力信号を、ローパスフィルタにより不要な周波数成分の除去をおこないベースバンド信号のみを通過させる。

次に、通過したべースバンド信号の２乗和をとり、平方根を計算（直交ベクトル合成）する。なお、２乗和平方根は、Ｉ相における差分とＱ相における差分のものであるから、結局そのような差分をもたらした信号ベクトルの大きさを表していることになる。この計算結果は、入力信号の検波出力となる。なお、この検波出力は、高周波信号レベルに比例した直流電圧である。

次に、同様に、ＮＣＯの周波数をＩＦ信号（中心周波数質問信号）±９００ｋＨｚの２つの周波数についても、同様の処理手順により演算して、それぞれの検波出力を得る。

次に、処理部２４での（２）のステップがおこなわれる。すなわち、上述の処理手順による演算結果により得られた３つの周波数（中心周波数、および、ＩＦ信号±９００ｋＨｚの２つの周波数）について、検波出力の大小を比較し、中心周波数±９００ｋＨｚ以内か否かを判定する。

この判定は、３つの周波数について、以下の（Ａ）または（Ｂ）の場合について、検波出力の大小を比較しておこなう。

（Ａ）中心周波数から±９００ｋＨｚ離れた検波出力＜中心周波数の検波出力
この場合は、希望波と判断し、地上装置２０は所定の処理として、航空機に対してパルス送信部２５より信号を送信する。

（Ｂ）中心周波数から±９００ｋＨｚ離れた検波出力＞中心周波数の検波出力
この場合は、隣接チャンネルの信号とみなして、地上装置２０は処理を行わないような判断を行う。

上述の動作により、ＤＭＥ地上装置２０で、インタロゲータの周波数のチャンネル割り当ての中心周波数から９００ｋＨｚ以上離れたインタロゲータの信号を処理しない機能を、ローコストで実現することができる。

なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の地上装置の実施形態を示すブロック図。本発明の地上装置に用いられるＮＣＯの一例を示す回路図。

符号の説明

１０…ＤＭＥ地上装置、１１…空中線部、１２…方向結合器、２０…トランスポンダ部、２１…サーキュレータ、２２…ＩＦ変換部、２３…ＡＤ変換部、２４…処理部、２５…パルス送信部、２６…ＮＣＯ、３０…監視制御部

Claims

航空機からの質問信号を受信する空中線部と、
この空中線部により受信した質問信号を受信し、該質問信号に対する応答信号を生成して前記航空機に対して送信するトランスポンダ部と、
このトランスポンダ部を監視制御する監視制御部とを備え、
前記トランスポンダ部は、受信信号を、隔離、分離または結合するサーキュレータと、このサーキュレータからの出力をＩＦ周波数帯に変換するＩＦ変換部と、このＩＦ変換部からの出力をＡＤ変換してデジタル化するＡＤ変換部と、このＡＤ変換部でデジタル化されたデジタル信号と、このデジタル信号を中心周波数と、中心周波数に±９００ｋＨｚの周波数の３つの検波出力を算出し、算出された３つの検波出力の大小を比較判断する処理部と、この処理部で判断された結果に応じて応答信号のパルスを送出するパルス送信部とを有し、
受信した質問信号の中心周波数と、この中心周波数に対して±９００ｋＨｚの２つ周波数の検波出力を算出し、
中心周波数から±９００ｋＨｚ離れた検波出力よりも、中心周波数の検波出力が大きい場合には希望波と判断し、当該航空機に対して応答信号の送出処理を行い、
中心周波数から±９００ｋＨｚ離れた検波出力よりも、中心周波数の検波出力が小さい場合には隣接チャンネルの信号とみなして、当該航空機に対して応答信号の送出処理を行わないことを特徴とするＤＭＥ地上装置。
前記処理部はデジタル回路で構成され、前記デジタル回路には少なくともＳｉｎ波とＣｏｓ波を発生させるＮＣＯと、不要な周波数成分の除去をおこなうローパスフィルタとが形成されていることを特徴とする請求項１記載のＤＭＥ地上装置。
前記パルス送信部は、前記処理部での処理結果に対応して、所定のシステム遅延時間を付与し、再度コード化して応答信号として送信していることを特徴とする請求項２記載のＤＭＥ地上装置。