JP5017053B2 - モードｓ二次監視レーダ - Google Patents

Description

本発明は、受信した信号を利用して航空機を捕捉するモードＳ二次監視レーダに関する。

航空管制では、モードＳ二次監視レーダ（ＳＳＲモードＳ：Secondary Surveillance Radar Mode S）で監視された各航空機の飛行に関する情報（ターゲットレポート）を利用している。図５に示すように、モードＳ二次監視レーダ１ａは、航空機に搭載されているトランスポンダ２に対して質問を送信するとともに、送信した質問に応答してトランスポンダ２から送信される応答を受信し、受信した応答を解読して監視空域を飛行する航空機を監視している。

モードＳ二次監視レーダ１ａが監視する航空機に搭載されるトランスポンダ２には、処理の異なるモードＳトランスポンダとＡＴＣＲＢＳトランスポンダとがある。モードＳ二次監視レーダ１ａは、これらの処理が異なるトランスポンダ２が搭載される航空機を捕捉するため、『オールコール期間』と『ロールコール期間』に区別して、各期間で異なる処理を実行しており、各処理は、国際的に統一された規格で実行されている（例えば、非特許文献１参照）。

具体的には、モードＳ二次監視レーダ１ａは、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機（ＡＴＣＲＢＳ機）をオールコール期間の捕捉対象とし、モードＳトランスポンダを搭載する航空機（モードＳ機）をロールコール期間の捕捉対象としている。なお、モードＳ二次監視レーダ１ａは、オールコール期間にモードＳ機の探知を行なっている。

このような処理を実行するモードＳ二次監視レーダ１は、図６に示すように各期間に対応する質問を送受切替器１２１およびアンテナ１１を介して送信する送信器１２２と、アンテナ１１および送受切替器１２１を介してトランスポンダ２からの応答を受信する受信器１２３を備えている。また、送信器１２２による信号の送信は送信制御部１３１によって制御され、受信器１２３が受信した信号はモードＳ応答処理部１４２またはＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３によって処理され、監視処理部１４５によってターゲットレポートが生成される。具体的には、モードＳトランスポンダとの質問応答に関する処理はモードＳ応答処理部１４２によって実行され、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダとの質問応答に関する処理はＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３によって実行される。

ここで、モードＳ二次監視レーダ１ａは、自サイトからの質問に応答した航空機（自サイトＩＤ＝ＰＩフィールド）のみによって捕捉の対象となる航空機を決定している。したがって、モードＳ二次監視レーダ１ａは、航空機衝突防止装置（ＡＣＡＳ：Airborne Collision Avoidance System）から送信される信号（ＡＣＡＳ信号）や、トランスポンダから送信される放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ：Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）信号（モードＳ拡張スキッタ信号）を受信した場合には、これらの信号を処理の対象とせずに破棄している。

従来のモードＳ二次監視レーダ１ａでは、このように質問に対する応答以外に受信した信号を破棄することで、応答マルチサイト環境下におけるフルーツ（他サイトからの質問に対する応答による誤検出）を防止し、航空機間で行なっている航空機衝突防止装置による衝突防止通信の電波による誤検出を防止している。
ICAO、「INTERNATIONAL STANDARDS AND RECOMMENDED PRACTICES AERONAUTICAL TELECOMMUNICATIONS ANNEX 10」、1998年7月

しかしながら、オールコール期間においてモードＳ応答がモードＡ／Ｃ応答、フルーツまたはフォールス等の他の信号と重なり、モードＳ二次監視レーダ１ａがモードＳ応答を認識できないことがある。また、モードＳ二次監視レーダ１ａと航空機との位置関係によってトランスポンダ２側で質問が受信されないことや、モードＳ二次監視レーダ１ａで応答が受信できないこともある。さらに、トランスポンダ２による応答抜けが発生することもある。このように、従来のモードＳ二次監視レーダ１ａでは、検出できない航空機が発生すると、航空機の捕捉の精度が低下する問題があった。

上記課題に鑑み、本発明は、トランスポンダの捕捉の精度を向上したモードＳ二次監視レーダを提供する。

本発明の特徴に係るモードＳ二次監視レーダは、オールコール期間に受信するオールコール応答と、ロールコール期間に受信するロールコール応答とに基づいて、監視空域内を飛行する航空機を監視するモードＳ二次監視レーダであって、ロールコール期間で捕捉する登録機に関する情報が登録される登録テーブルと、ロールコール期間における捕捉の対象の候補である仮登録機に関する情報が登録される仮登録テーブルと、オールコール期間に登録機以外の航空機からオールコール応答以外の信号を受信したとき、航空機を仮登録機として仮登録テーブルに登録する仮登録部と、ロールコール期間に登録機にロールコール質問を送信するとともに、仮登録機にロールコール質問を送信する送信制御部と、ロールコール質問に応答して、仮登録機からロールコール応答を受信したとき、仮登録機を新たな登録機として登録テーブルに登録する登録部とを備えている。

本発明によれば、モードＳ二次監視レーダによるトランスポンダの捕捉の精度を向上することができる。

本発明の最良の実施形態に係るモードＳ二次監視レーダは、図５および図６を用いて上述した従来のモードＳ二次監視レーダ１ａと同様にトランスポンダ２に対して質問を送信するとともに、トランスポンダ２から質問に対して受信した応答に基づいてターゲットレポートを生成し、出力する。以下において、図５および図６で上述した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。

図１に示す本発明の最良の実施形態に係るモードＳ二次監視レーダ１は、トランスポンダ２から質問に対して受信した応答に基づいて捕捉対象とする航空機を決定するとともに、ＡＣＡＳ信号やモードＳ拡張スキッタ信号を受信した場合には、このＡＣＡＳ信号やモードＳ拡張スキッタを利用して捕捉対象とする航空機を決定する。

モードＳ二次監視レーダ１は、図１に示すように、アンテナ１１、送受信部１２および信号処理部１３を備え、アンテナ１１は送受信部１２と接続され、送受切替器１２１を介して送信器１２２および受信器１２３に接続されている。

信号処理部１３は、送信器１２２を介して信号の送信を制御する送信制御部１３１と、受信器１２３が受信した信号を入力するモードＳ応答処理部１３２およびＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３と、信号送受信のスケジュールを実行するチャネル管理部１３４と、受信した信号に基づいて航空機の監視処理を実行してターゲットレポートを生成する監視処理部１３５と、信号処理部１３における各動作のタイミングを制御するタイミング信号を生成するタイミング信号発生部１３６とを備えている。

また、信号処理部１３は、オールコール期間に応答が受信され、ロールコール期間における捕捉の対象の候補である仮登録機に関するデータを記憶する仮登録テーブル１３７と、ロールコール期間における捕捉の対象である登録機に関するデータを記憶する登録テーブル１３８とを有している。具体的には、仮登録テーブル１３７は、ＡＣＡＳ信号またはモードＳ拡張スキッタ信号によって取得した航空機に関するデータが蓄積されており、登録テーブル１３８は、ロールコール応答によって取得したモードＳ機に関するデータ（レンジ、アジマス、高度情報、モードＳアドレス等）が蓄積されている。

チャネル管理部１３４は、タイミング信号発生部１３６からのタイミング信号に基づき、ビームドエルタイムＴにおけるオールコール期間およびロールコール期間の割り当てを設定するとともに、各応答を検出する受信ウィンドウ（検出ウィンドウ）のスケジューリングを実行する。また、チャネル管理部１３４は、割り当てた各期間に関するスケジュール情報を送信制御部１３１に出力するとともに、受信ウィンドウのスケジュール情報をそれぞれモードＳ応答処理部１３２またはＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３に出力する。

送信制御部１３１は、チャネル管理部１３４からの各期間に関するスケジュール情報およびタイミング信号発生部１３６からのタイミング信号に基づいて、予めメモリ（図示せず）に記憶している質問を送信器１２２に出力し、送受切替器１２１およびアンテナ１１を介してトランスポンダ２に送信する。具体的には、送信制御部１３１は、オールコール期間にはオールコール質問（モードＳオールコール質問およびモードＡ／Ｃオールコール質問）を送信し、ロールコール期間にはロールコール質問（モードＳロールコール質問）を送信する。

受信器１２３は、アンテナ１１および送受切替器１２１を介してトランスポンダ２から送信された応答を受信する。また、受信器１２３は、アンテナ１１および送受切替器１２１を介して航空機衝突防止装置から送信されるＡＣＡＳ信号やトランスポンダ２から送信されるモードＳ拡張スキッタ信号を受信する。受信器１２３は、受信したモードＳ応答（モードＳオールコール応答およびモードＳロールコール応答）、ＡＣＡＳ信号およびモードＳ拡張スキッタ信号をモードＳ応答処理部１３２に供給する。また、受信器１２３は、受信したＡＴＣＲＢＳ応答（モードＡ／Ｃオールコール応答）をＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３に供給する。

モードＳ応答処理部１３２は、図１に示すように、検出部１３２ａ、判定部１３２ｂ、出力部１３２ｃ、仮登録部１３２ｄおよび登録部１３２ｅを備えており、受信器１２３から供給された信号は、検出部１３２ａにおいて対応する受信ウィンドウで検出される。信号が検出されると、判定部１３２ｂは、検出された信号が処理対象であるか否か判定する。また、出力部１３２ｃは、処理対象であると判定された信号を監視処理部１３５に出力する。

具体的には、判定部１３２ｂは、受信器１２３によってオールコール期間内に受信された信号について、モードＳ二次監視レーダ１の監視空域を表わす自サイトＩＤと信号に含まれるＰＩフィールドが一致するか否かを判定する。ここで、出力部１３２ｃは、自サイトＩＤとＰＩフィールドが一致した信号を送信した質問に対応してモードＳ機から送信された処理対象のモードＳ応答としてチャネル管理部１３４および監視処理部１３５に供給する。

一方、判定部１３２ｂは、自サイトＩＤとＰＩフィールドが一致しない信号をＡＣＡＳ信号またはモードＳ拡張スキッタ信号であると判断し、受信したＡＣＡＳ信号またはモードＳ拡張スキッタ信号が、登録テーブル１３８に登録されている登録機から送信された信号であるか否かを判定する。判定部１３２ｂによって信号が登録機から送信された信号でないと判定されると、仮登録部１３２ｄは、信号を送信した航空機を仮登録テーブル１３７に仮登録機として登録する。これに対し、信号が登録機から送信されたものである場合、オールコール期間の捕捉対象であり新たに仮登録テーブル１３７または登録テーブル１３８に登録する必要はない。したがって、判定部１３２ｂは、登録機から送信された信号を処理対象外として破棄する。

また、ロールコール期間内にモードＳ応答が供給されたモードＳ応答処理部１３２は、登録モードＳアドレスとモードＳ応答に含まれるモードＳアドレスが一致するか否かを判定し、一致したモードＳ応答を処理対象の応答としてチャネル管理部１３４および監視処理部１３５に供給し、一致しないモードＳ応答を処理対象外として破棄する。

ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３は、供給されたＡＴＣＲＢＳ応答を対応する受信ウィンドウで検出し、処理対象であるか否かを判定する。また、ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３は、処理対象のＡＴＣＲＢＳ応答を管理部１３４および監視処理部１３５に供給し、処理対象でないＡＴＣＲＢＳ応答を破棄する。

監視処理部１３５は、モードＳ応答処理部１３２またはＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３から応答が供給された応答に基づいてターゲットレポートを生成し、出力する。

続いて、図２を用いて、チャネル管理部１３４における受信ウィンドウの設定について具体的に説明する。チャネル管理部１３４は、質問の送信の対象である航空機とモードＳ二次監視レーダ１との距離に応じて、受信ウィンドウを設定している。

登録テーブル１３８には、質問の送信対象である登録機から以前に受信したモードＳ応答に含まれたレンジ、アジマス、高度情報、モードＳアドレス等を記憶している。チャネル管理部１３４は、この登録テーブル１３８に記憶されているレンジ、アジマス、高度情報、モードＳアドレス等に基づいて登録機とモードＳ二次監視レーダ１との距離を求めるとともに、求めた距離に基づいて登録機から応答を受信するタイミングを予測し、予測したタイミングで受信ウィンドウを設定する。したがって、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、異なる位置に存在する航空機（トランスポンダ）に質問Ｑ１，Ｑ２を送信した場合、質問Ｑ１，Ｑ２の送信から受信ウィンドウＷ１，Ｗ２までのタイミングはそれぞれ異なる。

これに対し、仮登録機から送信されたＡＣＡＳ信号やモードＳ拡張スキッタ信号には航空機の位置を特定するデータは含まれてないため、仮登録テーブル１３７では仮登録機の位置を特定するデータは含まれていない。したがって、チャネル管理部１３４は、航空機の位置を把握することはできず、質問Ｑ３を送信してから応答Ａ３を受信するまでのタイミングを予測することもできない。そのため、チャネル管理部１３４は、仮登録機に質問Ｑ３を送信するとき、図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）や図２（ｂ）で示した受信ウィンドウＷ１，Ｗ２と比較して、質問Ｑ３に対して応答Ａ３を受信する受信ウィンドウＷ３を広く設定する。

次に、図３に示すフローチャートを用いて、モードＳ二次監視レーダ１がオールコール期間にＡＣＡＳ信号またはモードＳ拡張スキッタ信号を受信した後のモードＳ応答処理部１３２における処理について説明する。

受信器１２３がオールコール期間に信号を受信したとき（Ｓ１１）、モードＳ応答処理部１３２の検出部１３２ａは、対応する受信ウィンドウ内で受信した信号を検出し（Ｓ１２）、対応する受信ウィンドウ内で受信されていない信号は処理対象外として破棄する（Ｓ１６）。

続いて、判定部１３２ｂは、受信ウィンドウ内で受信した信号について、自サイトＩＤとＰＩフィールドが一致するか否かを判定する（Ｓ１３）。また、受信ウィンドウ内で受信した信号のＰＩフィールドが自サイトＩＤと一致しないとき（Ｓ１３でＹＥＳ）、判定部１３２ｂは、信号はＡＣＡＳ信号またはモードＳ拡張スキッタ信号であると判定し、登録テーブル１３８を参照して受信した信号が登録機２ａから送信された信号か否か（信号に含まれるモードＳアドレスが登録テーブル１３８に含まれているか否か）を判定する（Ｓ１４）。

ここで、受信した信号が登録機２ａから送信された信号でないとき（Ｓ１４でＮＯ）、仮登録部１３２ｄは、信号を送信した航空機を仮登録機２ｂとして仮登録テーブル１３７に仮登録する（Ｓ１５）。具体的には、信号に含まれるモードＳアドレスを仮登録テーブル１３７に登録する。

一方、受信した信号が登録機２ａから送信された信号であるとき（Ｓ１４でＹＥＳ）、既にロールコールの捕捉対象であるため、処理対象外として信号を破棄する（Ｓ１６）。

なお、受信ウィンドウ内で受信した信号のＰＩフィールドが自サイトＩＤと一致するとき（Ｓ１３でＮＯ）、信号はオールコール質問に対して送信されたオールコール応答であり、モードＳ応答処理部１３２において、従来と同様にオールコール応答に関する処理が実行される（Ｓ１７）。

また、オールコール期間が終了してロールコール期間が開始すると、送信制御部１３１は、仮登録機２ｂに対してロールコール質問を送信する（Ｓ２１）。このロールコール質問に対する仮登録機２ｂからのロールコール応答の受信ウィンドウは、ロールコール応答を受信できるタイミングが不明であるため、図２（ｃ）で上述したように、通常のロールコール応答に対して設定されるタイミングよりも広く設定されている。なお、送信制御部１３１は、仮登録機２ｂ以外に、登録機２ａに対してもロールコール質問を送信しているが、登録機２ａに対するロールコール質問の送信については従来と同様であり、図３では、省略している。

受信器１２３がロールコール期間に仮登録機２ｂからロールコール応答を受信したとき（Ｓ２２でＹＥＳ）、検出部１３２ａは、対応する受信ウィンドウ内で受信した信号を検出し（Ｓ２３）、対応する受信ウィンドウで受信されていないロールコール応答は処理対象外として破棄するとともに、仮登録テーブル１３７から対応する仮登録機２ｂに関するデータを消去する（Ｓ２６）。

続いて、判定部１３２ｂは、受信ウィンドウ内で受信したロールコール応答について、ＡＰフィールドとモードＳアドレスが一致するか否かを判定する（Ｓ２４）。また、ＡＰフィールドとモードＳアドレスが一致するとき（Ｓ２４でＹＥＳ）、登録部１３２ｅは、仮登録テーブル１３７で登録されている当該仮登録機２ｂを登録機２ａとして登録テーブル１３８に登録する（Ｓ２５）。ここで登録部１３２ｅは、ステップ２２で受信したロールコール応答に含まれるデータを登録テーブル１３８に追加して登録機２ａを登録する。

一方、ＡＰフィールドとモードＳアドレスが一致しないとき（Ｓ２４でＮＯ）、判定部１３２ｂは、ロールコール応答は処理対象外として消去するとともに、仮登録テーブル１３７から対応する仮登録機に関するデータを消去する（Ｓ２６）。

図３では、モードＳ二次監視レーダ１がＡＣＡＳ信号やモードＳ拡張スキッタの場合の処理を説明するため、通常のオールコール応答を受信した場合の処理は、省略している。なお、受信した信号がオールコール応答である場合、モードＳ二次監視レーダ１では、従来と同一の処理が行なわれている。また、図３では、通常のロールコール質問応答に関する処理についても省略しているが、モードＳ二次監視レーダでは、従来と同一の処理が行なわれている。

図４を用いて、モードＳ二次監視レーダ１が登録テーブル１３８に登録されている航空機（登録機）２ａおよび登録されていない航空機（非登録機）２ｃからそれぞれ送信されたＡＣＡＳ信号＃１，＃２を受信した場合の一例を説明する。

モードＳ二次監視レーダ１は、図４（ａ）に示すように、オールコール期間において登録機２ａからＡＣＡＳ信号＃１を受信しても、ステップＳ１４において登録機２ａから送信された信号であると判定されるため、仮登録はされずにステップＳ１６においてＡＣＡＳ信号＃１は破棄される。

一方、モードＳ二次監視レーダ１は、非登録機２ｃから受信したＡＣＡＳ信号＃２については、ステップＳ１４において登録機２ａから送信された信号ではないと判定され、ステップＳ１５において仮登録テーブル１３７に仮登録される。また、非登録機２ｃは、仮登録されると仮登録機２ｂとなる。

その後、ロールコール期間が開始すると、モードＳ二次監視レーダ１は、図４（ｂ）に示すように、ステップＳ２１において登録テーブル１３８に登録されている登録機２ａにロールコール質問Ｑ１を送信するとともに、仮登録テーブル１３７に登録されている仮登録機２ｂにもロールコール質問Ｑ３を送信する。

ロールコール質問Ｑ１を送信したモードＳ二次監視レーダ１は、図４（ｃ）に示すように、ロール期間内の規定された受信ウィンドウで登録機２ａから送信されたロールコール応答Ａ１を受信すると、受信したロールコール応答に基づいて、ターゲットレポートを生成して出力する。

一方、モードＳ二次監視レーダ１は、ロールコール期間内の規定された受信ウィンドウで仮登録機２ｂから送信されたロールコール応答Ａ３を受信すると、受信したロールコール応答Ａ３に基づいて、ステップＳ２４の判定がされた後、登録テーブル１３８に記憶されるとともに、ロールコール応答Ａ３に基づいて、ターゲットレポートを生成して出力する。

上述したように、モードＳ二次監視レーダ１では、従来のモードＳ二次監視レーダ１ａでは破棄していたＡＣＡＳ信号やモードＳ拡張スキッタ信号についても破棄せずに、トランスポンダ（航空機）の捕捉に利用している。したがって、仮にオールコール期間にオールコール応答を受信できずに航空機を捕捉することができなくなった場合でも、同一の航空機からＡＣＡＳ信号やモードＳ拡張スキッタ信号を受信していれば、これらの信号からロールコール期間において捕捉する航空機を決定することができる。これにより、モードＳ二次監視レーダ１は、受信した信号を有効に活用してトランスポンダの捕捉の精度を向上させることができる。

本発明の最良の実施形態に係るモードＳ二次監視レーダを説明する機能ブロック図である。 図１のモードＳ二次監視レーダが設定する受信ウィンドウについて説明する図である。 図１のモードＳ二次監視レーダがＡＣＡＳ信号またはモードＳ拡張スキッタ信号を受信した場合の処理の一例を説明するフローチャートである。 図１のモードＳ二次監視レーダが登録機および非登録機からＡＣＡＳ信号またはモードＳ拡張スキッタ信号を受信した場合の概念図である。 従来のモードＳ二次監視レーダとトランスポンダについて説明する概念図である。 図５のモードＳ二次監視レーダについて説明する機能ブロック図である。

符号の説明

１…二次監視レーダ
１１…アンテナ
１２…送受信部
１２１…送受切替器
１２２…送信器
１２３…受信器
１３…信号処理部
１３１…送信制御部
１３２…モードＳ応答処理部
１３２ａ…検出部
１３２ｂ…判定部
１３２ｃ…出力部
１３２ｄ…仮登録部
１３２ｅ…登録部
１３３…ＡＴＣＲＢＳ応答処理部
１３４…チャネル管理部（管理部）
１３５…監視処理部
１３６…タイミング信号発生部
１３７…仮登録テーブル
１３８…登録テーブル

Claims (5)

1. オールコール期間に受信するオールコール応答と、ロールコール期間に受信するロールコール応答とに基づいて、監視空域内を飛行する航空機を監視するモードＳ二次監視レーダであって、
   ロールコール期間で捕捉する登録機に関する情報が登録される登録テーブルと、
   ロールコール期間における捕捉の対象の候補である仮登録機に関する情報が登録される仮登録テーブルと、
   オールコール期間に前記登録機以外の航空機からオールコール応答以外の信号を受信したとき、前記航空機を前記仮登録機として前記仮登録テーブルに登録する仮登録部と、
   ロールコール期間に前記登録機にロールコール質問を送信するとともに、前記仮登録機にロールコール質問を送信する送信制御部と、
   前記ロールコール質問に応答して、前記仮登録機からロールコール応答を受信したとき、前記仮登録機を新たな登録機として前記登録テーブルに登録する登録部と、
   を備えることを特徴とするモードＳ二次監視レーダ。
2. 予め設定される受信ウィンドウで受信した前記オールコール応答および前記ロールコール応答を検出する検出部と、
   前記登録機からのロールコール応答を受信する受信ウィンドウと比較して、前記仮登録機からのロールコール応答を受信する受信ウィンドウを広く設定する管理部を備えることを特徴とする請求項１に記載のモードＳ二次監視レーダ。
3. オールコール期間に受信し、ＰＩフィールドが前記監視空域を表わす自サイトＩＤと一致しない信号を前記オールコール応答以外の信号と判定する判定部を有し、
   前記仮登録部は、前記オールコール応答以外の信号を送信した航空機を、前記仮登録機として登録することを特徴とする請求項１または２に記載のモードＳ二次監視レーダ。
4. 前記仮登録テーブルには、仮登録機に関する情報として前記仮登録機のモードＳアドレスが登録され、
   前記登録部は、前記ロールコール応答のＡＰフィールドが前記仮登録機のモードＳアドレスと一致するとき、前記仮登録機を新たな登録機として前記登録テーブルに登録し、前記仮登録機に関する情報を前記仮登録テーブルから消去する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモードＳ二次監視レーダ。
5. 受信した前記オールコール応答および前記ロールコール応答に基づいて、監視した航空機に関する情報をターゲットレポートとして生成し、出力する監視処理部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモードＳ二次監視レーダ。

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