JP4856033B2

JP4856033B2 - 解読装置

Info

Publication number: JP4856033B2
Application number: JP2007253011A
Authority: JP
Inventors: 恒大友
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009085656A

Description

本発明は、二次監視レーダから送信されるモードＳ質問信号を解読する解読装置に関する。

航空管制には、地上局の二次監視レーダ（ＳＳＲ：Secondary Surveillance Radar）によって監視された航空機の情報が利用されている。図６に示すように、二次監視レーダ２は、監視空域を飛行する航空機３に備えられるトランスポンダ（モードＳトランスポンダまたはＡＴＣトランスポンダ）４にモードＳ質問信号を送信し、トランスポンダ４からモードＳ質問信号に対して送信された応答信号を受信し、応答信号に含まれる情報を利用して航空機を監視している（例えば、非特許文献１参照）。

ここで、二次監視レーダ２は、ＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）により質問内容を位相反転して表し、アナログデータにしたモードＳ質問信号を送信している。具体的には、モードＳ質問信号は、図７に示すように、信号がモードＳ質問であることの識別を行うＰ１パルスやＰ２パルスからなるプリアンブルとともに、実際の質問内容（質問データ）を示すＰ６パルスを含んでいる。このＰ６パルスはＤＰＳＫ変調した質問内容を示しており、Ｐ６パルスは開始位置αから同期位相反転位置βまでがＤＰＳＫ変調用の同相ブロックであり、同期位相反転位置βにおいて位相を反転（同期位相反転）され、同期位相反転位置βから終了位置γまでが、ＤＰＳＫ変調によって実際の質問内容が表される質問データブロックである。

トランスポンダ４は、受信したモードＳ質問信号を解読する解読装置（図示せず）を備えており、二次監視レーダ２からモードＳ質問信号を受信すると、この解読装置で質問データを復調し、質問を解読している。解読装置で質問が解読されると、トランスポンダ４は、解読された質問に応答することができる。

また、二次監視レーダ２における動作（信号の送受信）を検査するため、レーダパフォーマンスモニタ装置（ＲＰＭ：Radar Performance Monitor）および監視装置を利用することもある。図６に示すレーダパフォーマンスモニタ装置５は、二次監視レーダ２から送信される信号を受信して解読し、監視装置６に出力する。また、監視装置６は、レーダパフォーマンスモニタ装置５から入力する信号と二次監視レーダ２から直接入力する信号とを比較して、二次監視レーダ２による送信信号の異常の発生を監視している。レーダパフォーマンスモニタ装置５もトランスポンダ４と同様に質問データブロックを解読する解読装置を有しており、解読装置で復調され、解読された質問データを含む信号を監視装置６に出力している。

従来のトランスポンダやレーダパフォーマンスモニタ装置に備えられる解読装置では、受信した信号についてアナログ処理が行われており、二次監視レーダから送信されたモードＳ質問信号を受信すると、受信したモードＳ質問信号をアナログ信号処理によって復調し、質問データを解読していた。しかし、アナログ処理による解読処理では、信号の周波数偏差や受信電力に影響を受け、従来の解読装置では、質問データを正確に復調（解読）できない問題があった。

これに対し、ディジタル信号対し、遅延検波を利用したビット誤り率特定の改善や、より大きな周波数偏差の検出は行なわれている（特許文献１および２参照）。しかし、従来はディジタル信号のモードＳ質問信号を用いて質問データを解読する技術は利用されていない。
ICAO、「INTERNATIONAL STANDARDS AND RECOMMENDED PRACTICES AERONAUTICAL TELECOMMUNICATIONS ANNEX 10」、1998年7月特開平9-116588号公報特許第3665285号公報

上述したように、従来のアナログ信号処理を利用したモードＳ質問の復調（解読）では、信号の周波数偏差や受信電力変動には対応できず、従来のトランスポンダやレーダパフォーマンスモニタ装置では、受信したモードＳ質問信号を復調できない問題がある。したがって、従来の解読装置では、二次監視レーダ装置から送信された信号を復調（解読）できず、トランスポンダやレーダパフォーマンス装置は正確な応答をすることができないおそれがあった。

上記課題に鑑み、本発明は、二次監視レーダ装置から送信されたモードＳ信号を正確に復調（解読）することができる解読装置を提供する。

本発明の特徴に係る解読装置は、二次監視レーダから送信されたモードＳ質問信号を入力し、モードＳ質問信号のＰ６パルスにおいてＤＰＳＫ変調されている質問データの内容を解読する解読装置であって、モードＳ質問信号を位相データと振幅データとに変換する変換部と、振幅データに基づいて、モードＳ質問信号のＰ１パルスまたはＰ２パルスの立上がりまたは立下りの少なくともいずれかのタイミングを検出するパルス検出部と、検出されたタイミングに基づいて、Ｐ６パルスの立上がりのタイミングを特定するとともに、Ｐ６パルスの立上がりから同期位相反転位置までの位相データをモードＳ質問信号の位相のずれ量として検出する位相検出部と、同期位相反転位置からＰ６パルスの終了までの位相データに対し、位相のずれ量分の補正を施す補正処理部と、ずれが補正された位相データを復調することで質問データを解読する復調処理部とを備えている。

本発明によれば、二次監視レーダ装置から送信されたモードＳ信号を正確に復調（解読）することができる。

以下に、図面を用いて本発明の最良の実施形態に係る解読装置について説明する。本発明の最良の実施形態に係る解読装置は、図６を用いて上述した従来の場合と同様に、航空機３に備えられるトランスポンダ４や地上に設置されるレーダパフォーマンスモニタ装置５に設けられる装置であり、地上に設置される二次監視レーダ２から送信されたモードＳ質問信号を入力して解読する。

図１に示すように、本発明の最良の実施形態に係る解読装置１は、アナログのモードＳ質問信号Ａ_AをＡＤ変換するＡ／Ｄ変換部１１と、ディジタル化されたモードＳ質問信号Ａを実部データＩと虚部データＱに変換するヒルベルト変換部１２と、モードＳ質問信号Ａの実部データＩおよび虚部データＱを用い検波処理を施す検波処理部１３と、モードＳ質問信号Ａの実部データＩおよび虚部データＱとからモードＳ質問信号Ａの位相データθと振幅データｒとを生成する極座標変換部１４とを有している。また、解読装置１は、モードＳ質問信号Ａの振幅データｒからＰ１またはＰ２パルスの少なくともいずれかの立上がりまたは立下がりのタイミングＴを検出するパルス検出部１５と、Ｐ１またはＰ２パルスの立上がりまたは立下がりのタイミングＴからＰ６パルスの開始タイミング（立上がり）を特定するとともに、Ｐ６パルス先頭部分の位相データθを検出して位相のずれ量θ₀を求める位相検出部１６と、Ｐ６パルスの質問内容（質問データ）の位相データθに対してずれ量θ₀に対応する補正値θｒを加算させる補正処理部１７と、補正された位相データθを復調する復調処理部１９を備えている。

以下に、トランスポンダ４に備えられる解読装置１にモードＳ質問信号が入力された場合について、具体的に説明する。ここで、モードＳ質問信号は、図７を用いて上述した従来のモードＳ質問信号と同一の構成であり、Ｐ１パルスおよびＰ２パルスを有するプリアンブルと、Ｐ６パルスを含んでいる。このモードＳ質問信号は、Ｐ６パルスにおいてＤＰＳＫ変調されている５６ｂｉｔまたは１１５ｂｉｔの情報を伝達する。Ｐ６パルスの先頭（Ｐ６パルス開始位置α）から１．２５μｓの間（同期位相反転位置β）までは位相反転通知ブロックとしてＰ６パルスの開始を表わす無変調の同相のブロックとなっており、同期位相反転位置βから終了位置γまでのブロックでは質問データが０．２５μｓ毎に１ｂｉｔのＤＰＳＫ変調されている。

トランスポンダ４の受信器（図示せず）が二次監視レーダ２からモードＳ質問信号Ａを受信すると、受信器は受信したモードＳ質問信号Ａを解読装置１に入力する。解読装置１は、入力したモードＳ質問信号ＡをＡ／Ｄ変換部１１に入力する。Ａ／Ｄ変換部１１に入力されるモードＳ質問信号Ａはアナログ信号であるため、Ａ／Ｄ変換部１１は、アナログ信号であるモードＳ質問信号Ａ_Aをディジタル信号のモードＳ質問信号Ａに変換して出力する。

Ａ／Ｄ変換部１１からディジタル信号であるモードＳ質問信号Ａを入力したヒルベルト変換部１２は、信号の時間領域での対称成分と反対称成分を利用して複素成分を復元するヒルベルト変換により、図２に示すようにモードＳ質問信号Ａを実部データＩと虚部データＱで表して出力する。

ヒルベルト変換部１２からモードＳ質問信号Ａの実部データＩと虚部データＱとを入力した検波処理部１３は、実部データＩと虚部データＱに対し、変調速度によって遅延検波を施した実部データＩと虚部データＱを出力する。具体的には、モードＳ質問信号ＡのＤＰＳＫ変調速度は０．２５μｓであるため、入力したデータに対して０．２５μｓの遅延データで複素乗算して遅延検波を行う。

検波処理部１３からそれぞれ遅延検波された実部データＩと虚部データＱとを入力した極座標変換部１４は、モードＳ質問信号Ａの実部データＩと虚部データＱによって構成される直交座標から図３に示すように、極座標に関する情報であるモードＳ質問信号の位相データθと振幅データｒとに変換して出力する。

極座標変換部１４からモードＳ質問信号Ａの振幅データｒを入力したパルス検出部１５は、順に入力する振幅データｒの振幅の変化から、モードＳ質問信号のＰ１パルスまたはＰ２パルスの少なくともいずれかのタイミングＴを検出して出力する。

パルス検出部１５からＰ１パルスまたはＰ２パルスのタイミングＴを入力した位相検出部１６は、入力したタイミングＴからＰ６パルスの開始タイミング（開始位置α）を特定するとともに、Ｐ６パルスの位相反転通知ブロックの位相データθを検出し、検出した位相データθをモードＳ質問信号の位相のずれ量θ₀として出力する。

ここで、モードＳ質問信号Ａでは、Ｐ１パルスの立上がりおよび立下りからＰ６パルス開始までのタイミングやＰ２パルスの立上りおよび立下りからＰ６パルス開始までのタイミングが規定されているため、少なくともＰ１パルスまたはＰ２パルスの立上りまたは立下りのタイミングのうちいずれかが検出できていれば、Ｐ６パルスの開始位置α、同期位相反転位置βおよび終了位置γを特定することができる。なお、Ｐ１パルスおよびＰ２パルスの立上りおよび立下りのタイミングＴの全てが検出できていれば、これらのタイミングＴから各タイミングα〜γをより正確に特定することができる。

また、モードＳ質問信号ＡのＰ６パルスの同相ブロックは同位相で変調されていないため、同相ブロックの位相データθを検出することで、周波数偏差や受信電力変動によって発生する位相のずれ量θ₀を求めることができる。すなわち、検出した同相ブロックの位相データθが３０°であるとき、入力したモードＳ質問信号Ａの位相のずれ量θ₀が３０°であることを特定できる。

パルス検出部１５からＰ１パルスまたはＰ２パルスの立上りまたは立下りのタイミングＴを入力し、位相検出部１６からモードＳ質問信号Ａの位相のずれ量θ₀を入力した補正処理部１７は、入力したタイミングＴからＰ６パルスの同期位相反転位置βおよび終了位置γを特定し、質問データブロックの位相データθに発生しているずれ量θ₀を補正する補正値θｒ（θ₀＝−θｒ）を求める。また、補正処理部１７は、求めた補正値θｒを加算器１８に出力し、質問データブロックの位相データθに対して補正値θｒを加算させることで、質問データブロックの位相データθを補正する。

復調処理部１９は、加算器１８によって極座標変換部１４のモードＳ質問信号Ａの質問データブロックの位相データθに補正値θｒが加算された補正後の位相データθを入力すると、入力した補正後の位相データθを復調し、解読された質問データＤとして出力する。

ここで、図４を用いて、モードＳ質問信号Ａの位相のずれが質問データに与える影響について説明する。実部データＩと虚部データＱによって表わされるモードＳ質問信号Ａが、図４（ａ）に示すようにＩ軸（実軸）の＋方向にあるときに「１」とし、図４（ｂ）に示すように−方向にあるときに「０」とする。このとき、実際のモードＳ質問信号Ａが図４（ａ）や図４（ｂ）に示すように実軸上に存在するはずであっても、周波数偏差によって位相データθが影響を受けると、図４（ｃ）や図４（ｄ）に示すように実軸とによってずれ量θ₀となる角度を構成する。

仮に、大きな位相のずれ量θ₀とともに位相ノイズを含む位相データθによってモードＳ質問信号Ａの質問データが復調された場合には正確な質問応答が行なわれず、航空管制に影響を与える恐れがある。例えば、図５（ａ）に示すように、位相データθのずれ量θ₀が０°であれば、仮に位相データθに６０°の位相ノイズが発生した場合であっても正確な質問データとして復調することができる。一方、図５（ｂ）に示すように、位相データθが有するずれ量θ₀が６０°であるとき、位相データθに６０°以上の位相ノイズが発生した場合には正確な質問データを復調することができなくなる。このように、実際は「０」であるデータを「１」であると解読した結果、質問データが正確に解読できないとき、航空管制に影響を与えるおそれがある。

したがって、本発明に係る解読装置１では、位相検出部１６によって位相データθに生じる位相のずれ量θ₀を検出し、補正処理部１７によって、検出されたずれ量θ₀で位相データθを補正している。すなわち、位相検出部１６によってこのずれ量θ₀を検出し、補正処理部１７によって、検出されたずれ量θ₀を打ち消す補正をすることで、正確な質問データとしての復調を可能とする。具体的には、図５（ｂ）に示すずれ量θ₀が３０°の位相データθに対しては、加算器１８によって、−３０°の補正値θｒを加算することで、図５（ｃ）に示すように、ずれ量θ₀を補正することができる。

上述した説明では、トランスポンダに備えられる解読装置１を一例として説明したが、レーダパフォーマンスモニタ装置に備えられるときには、上述したように復調された質問データＤが出力部（図示せず）を介して監視装置６に出力される。

上述したように、本発明に係る解読装置１によれば、モードＳ質問信号ＡのＰ６パルス開始位置αから同期位相反転位置βまでの同相ブロックの位相から信号のずれ量θ₀を特定し、特定されたずれ量θ₀によって同期位相反転位置βから終了位置γまでの質問データブロックの位相のずれを補正している。このように、位相のずれが補正された信号に対して復調処理を施すため、正確な質問データを得ることができる。

なお、このようにずれ量θ₀を特定することができるのは、モードＳ質問信号ＡがＰ６パルス開始位置αから同期位相反転位置βまでの間が同相で変調されないと定められているためである。

本発明の最良の実施形態に係る解読装置を説明する機能ブロック図である。図１の解読装置で扱う実部データと虚部データで表されるモードＳ質問信号について説明する図である。図１の解読装置で扱う移相データと振幅データで表されるモードＳ質問信号について説明する図である。図１の解読装置で扱うモードＳ質問信号の位相データと位相のずれについて説明する図である。図１の解読装置における位相のずれを説明する図である。二次監視レーダと信号の送受信を行なうトランスポンダおよびＲＰＭについて説明する図である。二次監視レーダから送信されるモードＳ質問信号の構成について説明する図である。

符号の説明

１…解読装置
１１…Ａ／Ｄ変換部
１２…ヒルベルト変換部（変換部）
１３…検波処理部
１４…極座標変換部（変換部）
１５…パルス検出部
１６…位相検出部
１７…補正処理部
１８…加算器
１９…復調処理部
２…二次監視レーダ
３…航空機
４…トランスポンダ
５…レーダパフォーマンスモニタ装置
６…監視装置

Claims

二次監視レーダから送信されたモードＳ質問信号を入力し、前記モードＳ質問信号のＰ６パルスにおいてＤＰＳＫ変調されている質問データを解読する解読装置であって、
前記モードＳ質問信号を位相データと振幅データとに変換する変換部と、
前記振幅データに基づいて、前記モードＳ質問信号のＰ１パルスまたはＰ２パルスの立上がりまたは立下りの少なくともいずれかのタイミングを検出するパルス検出部と、
検出された前記タイミングに基づいて、前記Ｐ６パルスの立上がりのタイミングを特定するとともに、前記Ｐ６パルスの立上りから同期位相反転位置までの前記位相データを前記モードＳ質問信号の位相のずれ量として検出する位相検出部と、
前記同期位相反転位置から前記Ｐ６パルスの終了までの前記位相データに対し、前記位相のずれ量分の補正を施す補正処理部と、
ずれが補正された前記位相データを復調することで前記質問データを解読する復調処理部と
を備えることを特徴とする解読装置。
前記変換部は、
アナログのモードＳ質問信号をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換部と、
ディジタル化されたモードＳ質問信号を実部データと虚部データに変換するヒルベルト変換部と、
前記実部データ及び前記虚部データを用い検波処理を施す検波処理部と、
検波された実部データ及び虚部データから位相データと振幅データを生成する極座標変換部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の解読装置。
前記検波処理部は、前記ヒルベルト変換部で変換された前記実部データ及び前記虚部データに対し、０．２５μｓの変調速度で複素乗算して遅延検波を行うことを特徴とする請求項２に記載の解読装置。
前記補正処理部は、入力したタイミングからＰ６パルスの同期位相反転位置及び終了位相位置を特定し、質問データブロックの移相データに発生しているずれ量θ ₀ を補正する補正値θ _r （θ ₀ ＝−θ _r ）を求め、求めた補正値を前記移相データに加算して位相データを補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の解読装置。
前記モードＳ質問信号は、ＤＰＳＫ変調された質問内容が示されたＰ６パルスを有し、このＰ６パルスはＰ６パルス開始位置αから同期位相反転位置βまでの間が同相であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の解読装置。