JP5259093B2 - Ｄｍｅ地上局装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空電波航法援助施設の一つである距離測定装置（ＤＭＥ：Distance Measuring Equipment）の地上局装置に用いられるパルス信号送信装置に係り、特に送信信号のパルス波形に生じる歪みを除去する波形調整技術に関する。

周知のように、ＤＭＥは、地上局において航空機から送信される質問パルス信号を受信してその時間的位置を検出し、所定内に応答パルス信号を送信することによってその航空機に距離情報を判別させる（例えば特許文献１参照）。ここで、ＤＭＥでは、予め定められた送受信周波数チャンネルにおけるパルススペクトラムの帯域幅を狭くするため、使用する変調パルスの波形をガウス誤差関数に近似させている。そして、パルス位置検出のタイミング基準点をパルス立ち上がり部分の半振幅点にすることを採用している。このようなことから、ＤＭＥにとっては、パルス位置の検出精度が直接にシステム精度に大きな影響を与える。

ここで、ＤＭＥ地上局装置では、送信パルス信号が高出力のパワートランジスタで増幅されて出力されるので、その特性によって必然的にパルス波形が歪んで出力される。ＤＭＥでは、送信されるパルス波形の立ち上がり時間、立ち下がり時間、パルス幅などが規定されている。このため、送信パルス波形が規定を満足していない場合は、必ずその規定を満足するように調整しなければならない。

入力の波形に比べてどのように歪むかは、パワートランジスタを含む増幅回路の特性により予め予想がつかない。このため、従来では、調整の際、出力波形を見ながら入力波形を少しずつ変化させて調整を行っており、調整作業に多大な労力を必要としていた。

尚、上記特許文献１には、ＤＭＥの自動利得制御については記述されているが、自動波形整形については記述されていない。
特許２６２９６１２号公報 特開昭６３−２０８７８１号公報 特開平０２−２２６９３９号公報

以上述べたようにＤＭＥ地上局装置においては、送信パルス信号が増幅時に予測不能な歪みが生じるため、出力信号のパルス波形を見ながら入力信号のパルス波形を少しずつ変化させて調整を行っており、調整作業に多大な労力を要していた。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、送信信号のパルス波形が規定範囲を満足するように、自動的に入力信号のパルス波形を調整することのできるパルス信号送信装置、その波形調整方法及びＤＭＥ地上局装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るパルス信号送信装置は、ガウス誤差関数に近似する波形のパルス信号を所定のタイミングで生成する波形生成手段と、この手段で生成されたパルス信号を電力増幅して送信する送信手段と、前記電力増幅されたパルス信号からパルス波形部分を抽出する抽出手段と、前記抽出されたパルス波形部分を理想波形と比較してその誤差量を求め、その誤差量が規定誤差範囲に収まっているか評価する評価手段と、前記評価手段で規定誤差範囲外と評価されたとき、前記波形生成手段で生成されるパルス信号の波形を修正し、修正後の前記評価手段の評価結果に基づいて繰り返し修正を加え、最終的に前記評価手段で前記誤差量が規定誤差範囲に収まるように調整する自動調整手段とを具備することを特徴とする。

また、本発明に係る波形調整方法は、ガウス誤差関数に近似する波形のパルス信号を所定のタイミングで生成し、生成されたパルス信号を電力増幅して送信するパルス信号送信装置に用いられ、前記電力増幅されたパルス信号からパルス波形部分を抽出し、前記抽出されたパルス波形部分を理想波形と比較してその誤差量を求め、その誤差量が規定誤差範囲に収まっているか評価し、規定誤差範囲外と評価されたとき、前記波形生成手段で生成されるパルス信号の波形を修正し、修正後の前記評価手段の評価結果に基づいて繰り返し修正を加え、最終的に前記評価手段で前記誤差量が規定誤差範囲に収まるように調整することを特徴とする。

また、本発明に係るＤＭＥ地上局装置は、航空機からの質問信号を受けて波形が規定された送信パルス信号を所定のタイミングで送信することで距離情報を提供するもので、前記質問信号を受信する受信手段と、前記受信手段の受信タイミングから所定のタイミングでガウス誤差関数に近似する波形のパルス信号を生成する波形生成手段と、この手段で生成されたパルス信号を電力増幅して送信する送信手段と、前記電力増幅されたパルス信号からパルス波形部分を抽出する抽出手段と、前記抽出されたパルス波形部分を理想波形と比較してその誤差量を求め、その誤差量が規定誤差範囲に収まっているか評価する評価手段と、前記評価手段で規定誤差範囲外と評価されたとき、前記波形生成手段で生成されるパルス信号の波形を修正し、修正後の前記評価手段の評価結果に基づいて繰り返し修正を加え、最終的に前記評価手段で前記誤差量が規定誤差範囲に収まるように調整する自動調整手段とを具備することを特徴とする。

すなわち、上記パルス信号送信装置、その波形調整方法及びＤＭＥ地上局装置では、電力増幅された送信信号からパルス波形部分を抽出し、抽出されたパルス波形部分を理想波形と比較してその誤差量を求め、規定誤差範囲に収まるか評価する。規定誤差範囲に収まらない場合には、生成パルス信号の波形を修正してみて誤差が減少するか判断しつつ最終的に規定誤差範囲に収まるように修正を繰り返すことで、自動的に入力信号のパルス波形を調整する。

以上のように、本発明では、送信信号のパルス波形が規定範囲を満足するように、自動的に入力信号のパルス波形を調整することのできるパルス信号送信装置、その波形調整方法及びＤＭＥ地上局装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係るＤＭＥ地上局装置の構成を示すブロック図である。図１において、送受共用アンテナ１１で受けた航空機からのパルス信号（インタロゲータ）はサーキュレータ１２を介して受信処理部１３で受信検波され、パルスの立ち上がりタイミングが検出される。波形生成部１４は、受信処理部１３で検出されたパルス立ち上がりタイミングから一定期間後にガウス波形のパルス信号を生成する。ここで生成されたパルス信号は、波形送信部１５で所定の変調処理を受けて送信周波数に変換され、高周波増幅部１６で電力増幅されて、カップラ１７及びサーキュレータ１２を介して送受共用アンテナ１１から空間に向けて送出される。

上記カップラ１７は送信波形モニタ用として送信信号を一部分岐するもので、分岐された信号は誤差量評価部１８に送られる。この誤差量評価部１８は入力信号をデジタル信号に変換してその入力波形を理想波形と比較し、両者の誤差量をサンプリングして、規定誤差範囲に収まっているか評価する。規定誤差範囲に収まっていない場合には、サンプリングされた誤差量を波形パターン決定部１９に送る。この波形パターン決定部１９は、パルス波形誤差量のサンプリング結果に基づいて波形生成部１４で生成されるパルス波形を増減する修正を施し、その修正をサンプリング誤差量の変化に応じて適当に制御することで、出力パルス信号の波形を理想波形に近づけるもので、最終的に規定誤差範囲に収まる出力パルス信号が得られる波形パターンを決定する。

上記構成において、以下、図２乃至図４を参照してその運用処理について説明する。

図２はＤＭＥ地上局装置に課せられる受信信号と送信信号との関係を示すタイミング波形図である。今、図２（ａ）に示すようにパルスペアＰ１，Ｐ２の受信信号が得られたとする。受信処理部１３ではガウス波形のパルス信号を受信検波し、パルス信号Ｐ１，Ｐ２それぞれの立ち上がりを半振幅の位置で検出する。パルスペアＰ１，Ｐ２の間隔はＸモードならば１２μｓｅｃ、Ｙモードならば３６μｓｅｃと規定されており、受信処理部１３では両パルスＰ１，Ｐ２の検出タイミングの間隔を計測することで、要求がＸモードかＹモードかを判定する。

波形生成部１４では、図２（ｂ）に示すように、受信処理部１３から最初のパルスＰ１の検出タイミング信号と判定モードを受けて規定されたシステムディレイ時間（Ｘモードでは５０μｓｅｃ、Ｙモードでは５６μｓｅｃ）経過後に所定のパルス間隔（Ｘモードならば１２μｓｅｃ、Ｙモードならば３０μｓｅｃ）のパルスペアＰ３，Ｐ４の波形信号を提供する。この波形信号は波形送信部１５で変調されて送信周波数に変換され、高周波増幅部１６で電力増幅されて、カップラ１７及びサーキュレータ１２を介して送受共用アンテナ１１から空間に向けて送出される。

上記の送信信号生成について、波形適正化の調整は図４に示すように行われる。まず、誤差量評価部１８において、上記カップラ１７で一部分岐された送信信号を送信波形モニタ用として取り込み(ステップＳ１)、その入力信号からパルス波形部分を抽出し(ステップＳ２)、図３に示すように、抽出されたパルス波形部分を被測定波形として理想波形と比較して両者の誤差量をサンプリングし(ステップＳ３)、規定誤差範囲に収まっているか評価する(ステップＳ４)。

ここで、被測定波形をｙ(t) 、理想波形をｙ0 、誤差量をδ(t) 、規定誤差範囲の閾値をεとすると、その評価は

と表される。以下、ｋ回目(今回)の測定時の誤差量をδk 、ｋ−１回目(前回)の測定時の誤差量をδk-1 とする。

誤差量規定誤差範囲εに収まっていた場合には、送信信号のパルス波形は適正であると判定して調整処理を終了する。規定誤差範囲εに収まっていなかった場合には、今回の誤差量δk を前回の誤差量δk-1 と比較し(ステップＳ５)、δk ＜δk-1 のときは今回のパルス波形に対する修正データｆk-1 を採用し（ステップＳ６）、δk ≧δk-1 のときは今回のパルス波形に対する修正データｆk-1 を破棄して、前回の修正データｆk-2 を採用する（ステップＳ７）。採用された修正データは次回のパルス波形の修正データｆk に対する指標として登録しておく。再度、修正データｆk により波形生成部１４の生成波形に修正を加え（ステップＳ８）、波形送信部１５の変調処理、高周波増幅器１６の電力増幅結果を取り込み、上記ステップＳ１から再度処理を実行する。以上の処理を繰り返し、遺伝的アルゴリズムで修正を加えることで、最終的に規定誤差範囲εに収める。

したがって、上記構成によるＤＭＥ地上局装置は、手作業で調整していたパルス波形整形を自動的に行うことができ、調整作業の労力を飛躍的に低減することができる。

尚、本発明は上記実施形態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。

本発明に係るＤＭＥ地上局装置の一実施形態の構成を示すブロック図。 図１に示すＤＭＥ地上局装置に課せられる受信信号と送信信号との関係を示すタイミング波形図。 図１に示す誤差量評価部において、被測定パルス波形と理想パルス波形とを比較する様子を示す波形図。 図１に示す装置において、波形適正化の調整自動作業の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１１…送受共用アンテナ、１２…サーキュレータ、１３…受信処理部、１４…波形生成部、１５…波形送信部、１６…高周波増幅部、１７…カップラ、１８…誤差量評価部、１９…波形パターン決定部。

Claims (1)

1. 航空機からの質問信号を受けて波形が規定された送信パルス信号を所定のタイミングで送信することで距離情報を提供するＤＭＥ（Distance Measuring Equipment）地上局装置において、
   前記質問信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段の受信タイミングから所定のタイミングでガウス誤差関数に近似する波形のパルス信号を、規定の立ち上がり時間、立ち下がり時間、パルス幅となるように生成する波形生成手段と、
   この手段で生成されたパルス信号を電力増幅して送信する送信手段と、
   前記電力増幅されたパルス信号からパルス波形部分を抽出する抽出手段と、
   前記抽出されたパルス波形部分を前記規定の立ち上がり時間、立ち下がり時間、パルス幅の理想波形と比較してその誤差量を求め、その誤差量が規定誤差範囲に収まっているか評価する評価手段と、
   前記評価手段で規定誤差範囲外と評価されたとき、前記波形生成手段で生成されるパルス信号の波形を前記理想波形に近づくように修正し、修正後の前記評価手段の評価結果に基づいて遺伝的アルゴリズムで繰り返し修正を加え、最終的に前記評価手段で前記誤差量が規定誤差範囲に収まるように調整する自動調整手段と
   を具備することを特徴とするＤＭＥ地上局装置。

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