JP5127748B2 - 質問信号送信方法 - Google Patents

Description

この発明は二次監視レーダシステム（ＳＳＲ：Secondary Surveillance Radar）における地上局からの質問信号の送信方法に関する。特にこの発明は、ロックアウト覆域制限機能を実装するモードＳ−ＳＳＲセンサの改良に関する。

二次監視レーダは航空機の識別情報、高度情報、及び位置情報を取得する装置であり、航空管制システムにおける重要な位置づけにある（非特許文献１を参照）。近年では国際民間航空機関（ＩＣＡＯ：International Civil Aviation Organization）により標準化されたＳＳＲモードＳの運用が開始されている。

ＳＳＲモードＳにはオールコール質問と、これに応答した航空機に対する個別質問（ロールコール）とが設定されており、また、センサ覆域の重複（ダブルカバーレッジ）に対処するためのロックアウトを制限する機能を備える。ロックアウトは、個別質問に対する航空機からの応答を抑制して、覆域の重複するレーダ地上局それぞれが同じ航空機を個別に監視できるようにする仕組みである。しかしながら識別コード（Interrogator identifier：ＩＩコード）が同じ地上局の全てに対して応答が抑制されるので、目標補足できなくなる地上装置が生じる。ＳＳＲモードＳのレーダ地上局の数は増加の一途を辿っており、ＩＩコードが１６ビットデータであるので、覆域の重複するレーダ地上局のＩＩコードが同じであるケースは、今後増えていくと考えられる。

これへの対処としてロックアウト覆域制限機能、およびＳＬＯ機能が知られている。ロックアウト覆域制限機能とはダブルカバーレッジとなる範囲を緯度および経度でデータベース化し、その範囲ではロックアウトを抑制することで地上局による補足を可能とする機能である。

ＳＬＯ機能とは、ロックアウトオーバライドのオールコール質問として知られるもので、ダブルカバーレッジとなる領域（ロックアウト覆域制限領域と同じ）ではオールコールの確率捕捉処理に係わる応答確率値（ＰＲ値）を通常の値よりも下げることでロックアウト機能を抑制するものである。

吉田 孝 著 "改訂 レーダ技術"、電子情報通信学会（1996）、pp.227-233

しかしながら既存のＳＬＯ機能ではＰＲ値が固定的であるので、ロックアウト覆域制限領域における距離範囲が狭い領域でも応答確率が低く、応答の受信効率が悪化することになる。また、重複覆域外でＳＬＯ領域内に位置する航空機が、既にロールコールに移行した状態から再度オールコールに戻った場合、ＳＬＯで応答確率が低く設定されていると、オールコール応答を受けづらくなり、検出率が低下することになる。
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、ロックアウト機能により応答信号の受信効率が低下することを防止した質問信号送信方法を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、個別質問に対する航空機からの応答を抑制するロックアウト機能と、複数のセンサ覆域の重複する重複領域において前記ロックアウト機能を抑圧するロックアウト覆域制限機能とを備えるモードＳ二次監視レーダシステムにおける質問信号送信方法であって、前記質問信号を送出するスイープごとの前記重複領域の距離範囲を、磁方位単位ごとに予め対応付けたデータベースを作成することと、前記データベースにおける磁方位に対応付けられた距離範囲の長さに対応して、ロックアウトオーバライドの確率指示に係わるＰＲ値を可変することと、前記ＰＲ値を含むロックアウトオーバライドのオールコール質問を送信することとを含むことを特徴とする質問信号送信方法が提供される。

このような手段を講じることにより、ロックアウト覆域制限機能を実装したモードＳ−ＳＳＲセンサで、ロックアウト覆域距離範囲に応じてＰＲ値が可変される。つまりロックアウト覆域距離範囲が長ければＰＲ値の値を小さくし、ロックアウト覆域距離範囲が短くなればなるほどＰＲ値を大きくして応答の機会を増やすようにする。これはロックアウト覆域距離範囲を磁方位単位で認識することで可能になり、このようにロックアウトオーバライドの確率指示を可変した質問信号を送信することで、地上局は航空機からの応答信号を効率良く受信することができ、ひいては目標を見失うことなく捕捉することができるようになる。

この発明によれば、ロックアウト機能により応答信号の受信効率が低下することを防止した質問信号送信方法を提供することができる。

同じＩＩコードを持つ地上局のセンサ覆域が重複している状態を示す図。 図１の状況下でロックアウト機能が作用した状態を示すシーケンス図。 ロックアウト覆域制限機能を説明するための覆域地図の例を示す図。 ロックアウト覆域制限領域の詳細を示す図。 ＳＬＯ機能につき説明するための図。 図５の状況下でＳＬＯ機能が作用した状態を示す図。 この発明の実施形態における作用を説明するための模式図。 ＳＬＯのＰＲ値のパターンの一例を示す図。 この発明に係わるモードＳ二次監視レーダシステムにおける処理手順を示すフローチャート。

図１は、同じＩＩコードを持つ地上局のセンサ覆域が重複している状態を示す図である。互いに重複するセンサ覆域を展開する地上局を、それぞれＡ局、Ｂ局とする。この状態でロックアウト機能が作用すると、航空機１００はＩＩコードを付与された質問の全てに応答しなくなるので、Ａ局、Ｂ局のいずれにも応答を返さなくなる。

図２は、図１の状況下でロックアウト機能が作用した状態を示すシーケンス図である。Ａ局からのオールコールを受けた航空機は、自機の高度、識別子などを含む応答信号を返す。次に、Ａ局がこの航空機に個別質問（ロックアウト付き）を送出すると、Ｂ局からのオールコール質問に対する応答もロックアウトされる。従ってＢ局はオールコールに対する応答を受けることができず、目標を補足できなくなってしまう。

図３は、ロックアウト覆域制限機能を説明するための覆域地図の例を示す図である。図３の斜線部において覆域が重複している。ロックアウト覆域制限機能とは、このダブルカバーレッジとなる範囲を約５ＮＭ（Nautical Mile）相当の緯度経度セルで設定し、この範囲にてロックアウトの有無を制御して他局での捕捉を可能にする機能である。この機能のもとではＡ局、Ｂ局の互いのモードＳ質問信号においてロックアウト機能を制御し、これによりダブルカバーレッジ領域での目標補足を可能とする。

図４は、ロックアウト覆域制限領域の詳細を示す図である。既存の技術では、ロックアウト覆域制限領域は複数のセル単位に分割される。各セルは、覆域の重複する領域のあるセンサ局で共通に設定される原点（grid origin）の位置を基準として、緯度のインデックスと経度のインデックスとの配列とする。各セルの横幅（経度grid幅）は０．１２５３度であり、縦幅（緯度grid幅）は０．０８３３度である。各セルには（１，１）や（−２，−１）というようにインデックスが付与される。ロックアウト覆域制限機能は、レンジアジマスと高度で検出された航空機の位置を緯度経度に変換し、該当するセルを緯度経度で検索してロックアウト覆域制限のセルであるか否かを判断する。

図５は、ＳＬＯ機能につき説明するための図である。図中矢印に沿って航空機が移動しているとき、ＳＬＯ機能はＡ局の覆域の境界（図中点線）付近に位置し、Ｂ局の覆域内でＡ局の覆域に移動する航空機に有効となる。その後、星印で示す領域、すなわちＳＬＯ領域内であるが重複はしていない領域に航空機が移動したとする。このとき、既にロールコールに移行した状態から何らかの理由でコーストしオールコールに戻ったとすれば、ＳＬＯのもとで応答確率が低くなっているので、Ａ局は航空機からの応答を受けづらくなり、検出率が低下する。

図６は、図５の状況下でＳＬＯ機能が作用した状態を示す図である。航空機はＢ局の覆域からＡ局の覆域の境界に移動するとき、Ｂ局からロックアウト指示つきのロールコール質問を受け、Ｂ局からロックアウトされた状態となる。この状態から同じＩＩコードのＡ局からＳＬＯのオールコールを受けたとしても、応答確率が低下しているので、Ａ局は航空機からの応答信号を低い確率でしか受け取ることができない。

図７は、この実施形態における作用を説明するための模式図である。Ａ局のセンサから見て、自局（Ａ局）の覆域とＢ局の覆域とが重なる領域は、１スイープごとに変化する。つまり、図中の両矢印で示すように重なりの中央付近では重なり合う距離は長いが、両端に近づくにつれ重なり合いの距離は短くなる。つまりスイープ方向で見れば、重なりがある距離と重なりが無い距離との割合を比べると、重なりの無い距離が長いスイープでもＰＲ値は小さくなるので検出率が悪くなる。
これに対しこの実施形態では、スイープ方向に応じてＰＲ値を変化させ、重なりの無い距離が長いスイープではＰＲ値を高くして応答率を高めるようにする。以下に詳しく説明する。

図８は、ＳＬＯのＰＲ値のパターンの一例を示す図である。既存の技術では（ａ）に示すように、センサ覆域の重複する距離範囲が広いスイープ期間でも、距離範囲が狭いスイープ期間でも、ＰＲ値は一定である。よって重複する距離範囲が狭くなるにつれ航空機からの応答を得ることが難しくなり、航空管制に支障をきたす。

そこでこの実施形態では、図８（ｂ）に示すように、センサ覆域の重複する距離範囲が広いスイープ期間に比べ、距離範囲が狭いスイープ期間におけるＰＲ値を高くするようにする。ただし既存の技術のように、緯度経度で分割されたセル単位での覆域判定によってはこれを実現することができない。そこでこの実施形態では、スイープに伴うレーダ磁方位とロックアウト覆域の距離範囲とを予め対応付けることにより、磁方位をパラメータとしてＰＲ値を可変するようにする。

図９は、この発明に係わるモードＳ二次監視レーダシステムにおける処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、磁方位単位でロックアウト覆域、すなわちセンサ覆域の重複する領域の距離範囲を予め設定する。このステップでは、例えば全周３６０度を２¹⁴で分割した磁方位ごとに、約０．００４ＮＭの距離精度で覆域範囲内を緯度経度に変換する。そして、緯度経度で示されるロックアウト覆域制限領域のセルのインデックスを求め、ロックアウトの有無を設定する。磁方位ごとの距離範囲はデータベース化され、地上装置に予め記憶される。
地上局において１スイープに相当するアジマスが変化すると（ステップＳ２）、そのアジマスに相当する重複領域の割合に応じてＰＲ値を可変し、その値を記したロックアウトオーバライドのオールコール質問を送信する（ステップＳ３）。

このオールコール質問に対する応答信号があれば、この応答した航空機の位置を磁方位で検出し（ステップＳ４）、ここで得た磁方位と距離とから、航空機の位置がロックアウト覆域制限領域内であるか否かを判定する（ステップＳ５）。そうして、ロックアウト覆域制限領域でなければロックアウト指示を出し（ステップＳ７）、ロックアウト覆域制限領域であればロックアウト指示を出さずに次のスイープに移行する（ステップＳ８）。

以上述べたようにこの実施形態では、地上局において磁方位ごとにロックアウト覆域の距離範囲を予めデータベース化する。これにより、磁方位単位で行う１回の送受信（１スイープ）ごとに、地上局においてロックアウト覆域の距離範囲を認識することが可能になる。これをもとに、１スイープ毎にＳＬＯのＰＲ値を容易に可変することが可能になり、重複覆域でない距離の割合が大きい場合には、ＰＲ値を大きくしてロックアウトオーバライドのオールコール質問を送信するようにしている。

このようにすることで、オールコール質問に対する応答返送率を確保することができ、目標検出率を低下させずに済む。例えば、重複覆域外でＳＬＯ領域内に位置する航空機が、既にロールコールに移行した状態からオールコール状態に戻ったとしても、応答を返す確率を一定レベルに保てるので、検出率を低下させないことができる。これらのことから、ロックアウト機能により応答信号の受信効率が低下することを防止した質問信号送信方法を提供することが可能となる。

なお、この発明は上記実施の形態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。

１００…航空機、Ａ，Ｂ…地上局

Claims (2)

1. 個別質問に対する航空機からの応答を抑制するロックアウト機能と、複数のセンサ覆域の重複する重複領域において前記ロックアウト機能を抑圧するロックアウト覆域制限機能とを備えるモードＳ二次監視レーダシステムにおける質問信号送信方法であって、
   前記質問信号を送出するスイープごとの前記重複領域の距離範囲を、磁方位単位ごとに予め対応付けたデータベースを作成することと、
   前記データベースにおける磁方位に対応付けられた距離範囲の長さに対応して、ロックアウトオーバライドの確率指示に係わるＰＲ値を可変することと、
   前記ＰＲ値を含むロックアウトオーバライドのオールコール質問を送信することとを含むことを特徴とする質問信号送信方法。
2. さらに、前記オールコール質問に対する応答を返送した航空機の位置がロックアウト覆域制限領域内にあるか否かを判定することと、
   前記位置がロックアウト覆域制限領域にあればロックアウト指示を出さずに次のスイープに移行することとを含むことを特徴とする請求項１に記載の質問信号送信方法。

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