JP5380148B2 - 拡張スキッタ受信装置、拡張スキッタのプリアンブル検出方法及び航空管制レーダ - Google Patents

Description

本発明は、航空機から送信された拡張スキッタを受信する拡張スキッタ受信装置、拡張スキッタのプリアンブル検出方法及び航空管制レーダに関する。

航空機は、地上の監視装置によって監視されているが、航空機同士の衝突を防止するため、定期的に拡張スキッタを送信するトランスポンダ（ＡＤＳ−Ｂ対応トランスポンダ）が搭載されている航空機がある。

例えば、図４に示すように、航空機に備えられるトランスポンダ２は、送受信部２１及び信号処理部２２を備えている。送受信部２１では、アンテナ２０を介して他の航空機に拡張スキッタ等の信号を送信するとともに、他の航空機から送信される拡張スキッタ等の信号を受信する。また、信号処理部２２は、送受信部２１が送信する信号の生成及び送受信部２１が受信する信号の解析等を実行する。

一般的には、拡張スキッタは、航空機間で利用される信号であるが、航空機から送信される拡張スキッタを地上で受信して利用する装置もある（例えば、特願２００９−６１８号参照）。

例えば、図４に示すように、地上で拡張スキッタを受信する拡張スキッタ受信装置１ａは、受信部１１及び信号処理部１２ａを備えている。受信部１１では、アンテナ１０を介して航空機のトランスポンダ２から送信される拡張スキッタ等の信号を受信する。また、信号処理部１２ａは、信号処理部１２ａが受信する信号の解析等を実行する。

拡張スキッタは、図５に示すように、拡張スキッタであることを特定する８μｓのプリアンブルと、拡張スキッタの実データである１１２μｓのデータブロックとを有している。プリアンブルは、それぞれパルス幅が０．５μｓの第１パルス乃至第４パルスによって構成され、第１パルスの立ち上がりから第２パルスの立ち上がりまでが１μｓ、第１パルスの立ち上がりから第３パルスの立ち上がりまでが３．５μｓ、第１パルスの立ち上がりから第４パルスの立ち上がりまでが４．５μｓと規定されている。

信号処理部１２ａでは、受信部１１が受信した信号から、図５に示すようなパルス間隔のプリアンブルを検出すると、プリアンブルに続くデータブロックを検出することができる。

しかしながら、ガーブル等の電波干渉やノイズにより、拡張スキッタ受信装置１ａでは、信号品質が劣化した拡張スキッタを受信することがある。また、拡張スキッタ受信装置１ａは、トランスポンダ２による拡張スキッタの送信時間やトランスポンダ又は航空機までの距離を把握できないため、拡張スキッタの受信時間を予測できない。したがって、拡張スキッタ受信装置１ａでは、二次監視レーダ（ＳＳＲ）で使用されるような近距離機等に対するレベルの抑圧処理（ＳＴＣ）を実行できないため、信号品質が劣化した拡張スキッタを受信する頻度が高くなる。拡張スキッタ受信装置１ａでは、このように信号品質が劣化した拡張スキッタを受信した場合、拡張スキッタを正確に解析することはできなくなる。

具体的には、信号処理部１２ａでは、各パルスの立ち上がりを基準にプリアンブルの存在を検出しており、図６（ａ）に示すように、プリアンブルを規定する第１パルス乃至第４パルスの立ち上がりの存在の有無を利用して、プリアンブルを検出している。一方、図６（ｂ）〜図６（ｅ）に示すように、第１パルス乃至第４パルスの立ち上がりが存在するとともに、第２パルスと第３パルスの間にパルスが存在する場合にも、この８μｓの範囲をプリアンブルとして検出する。

したがって、仮に、信号の品質が劣化して実際のプリアンブルが検出されなかった場合であって、その後のデータブロックに図６（ｂ）〜図６（ｅ）に示すようなパルスが存在するとき、信号処理部１２ａは、このようなデータブロックのパルス部分８μｓをプリアンブルと誤検出した結果、その後に続く１１２μｓをデータブロックとして誤検出することもある。

また、拡張スキッタではなく、プリアンブルを検出できなかったモードＳ応答やノイズ等によるパルスパターンに図６（ｂ）〜図６（ｅ）が含まれている場合にも、このようなパルス部分を拡張スキッタのプリアンブルと誤検出し、その後に続く１１２μｓをデータブロックとして誤検出することがある。

Michael C. Stevens "Secondary Surveillance Radar" 1998, ISBN 0-89006-292-7

上述したように、従来の拡張スキッタ受信装置では、拡張スキッタのプリアンブル以外をプリアンブルとして誤検出することにより、実際のデータブロックではない範囲をデータブロックとして検出し、処理するおそれがある。

したがって本発明は、信号品質が劣化した場合でも拡張スキッタを検出することのできる拡張スキッタ受信装置、拡張スキッタのプリアンブル検出方法及び航空管制レーダを提供する。

本発明に係る拡張スキッタ受信装置は、受信した信号を、拡張スキッタのプリアンブルとして規定される第１パルス乃至第４パルスを含むパルスパターンと比較し、パルスパターンを含む受信信号を拡張スキッタの候補として検出するスキッタ候補検出手段と、スキッタ候補検出手段によって拡張スキッタの候補として検出された受信信号に含まれる第２パルス及び第３パルス間にパルスの立ち上がりが存在しないとき、受信信号のパルスパターンを含む部分を拡張スキッタのプリアンブルであると判定する有効スキッタ判定手段と、有効スキッタ判定手段によって拡張スキッタのプリアンブルであると判定された部分を含む受信信号から、プリアンブルに続く拡張スキッタのデータブロックを抽出して解析する拡張スキッタ処理手段とを備える。

本発明に係る拡張スキッタのプリアンブル検出方法は、受信した信号を、拡張スキッタのプリアンブルとして規定される第１パルス乃至第４パルスを含むパルスパターンと比較し、パルスパターンを含む受信信号を拡張スキッタの候補として検出するステップと、拡張スキッタの候補として検出された受信信号に含まれる第２パルス及び第３パルスの間にパルスの立ち上がりが存在しないとき、受信信号のパルスパターンを含む部分を拡張スキッタのプリアンブルであると判定するステップと、拡張スキッタのプリアンブルであると判定された部分を含む受信信号から、プリアンブルに続く拡張スキッタのデータブロックを抽出して解析するステップとを備える。

本発明に係る航空管制レーダは、受信した信号を、拡張スキッタのプリアンブルとして規定される第１パルス乃至第４パルスを含むパルスパターンと比較し、パルスパターンを含む受信信号を拡張スキッタの候補として検出するスキッタ候補検出手段と、スキッタ候補検出手段によって拡張スキッタの候補として検出された受信信号に含まれる第２パルス及び第３パルス間にパルスの立ち上がりが存在しないとき、受信信号のパルスパターンを含む部分を拡張スキッタのプリアンブルであると判定する有効スキッタ判定手段と、有効スキッタ判定手段によって拡張スキッタのプリアンブルであると判定された部分を含む受信信号から、プリアンブルに続く拡張スキッタのデータブロックを抽出して解析する拡張スキッタ処理手段と、拡張スキッタ処理手段の解析結果を利用して、航空機を監視する監視処理手段とを備える。

本発明によれば、信号品質が劣化した場合でも拡張スキッタを検出することができる。

本発明の最良の実施形態に係る拡張スキッタ受信装置を説明する概略図である。 図１の拡張スキッタ受信装置の一部の構成を説明する機能ブロック図である。 図１の拡張スキッタ受信装置におけるプリアンブルの検出について説明する図である。 従来の拡張スキッタ受信装置について説明する概略図である。 拡張スキッタのフォーマットを説明する図である。 拡張スキッタのプリアンブルを構成するパルスとプリアンブルと誤検出されるパルスの一例である。

図１及び図２を用いて本発明の最良の実施形態に係る拡張スキッタ受信装置１について説明する。拡張スキッタ受信装置１は、図４を用いて上述した拡張スキッタ受信装置１ａと同様に、地上局に設置されており、航空機に備えられるトランスポンダ２から送信される拡張スキッタを受信して処理する。以下の説明において、従来と同一の構成については、上述の説明と同一の符号を付して説明する。

図１に示すように、本発明の最良の実施形態に係る拡張スキッタ受信装置１は、アンテナ１０と、アンテナ１０を介して信号を受信する受信部１１と、受信部１１に接続され、受信した信号を処理する信号処理部１２とを備えている。

また、拡張スキッタ受信装置１は、図１に示すように監視処理部１３を有し、拡張スキッタの受信と合わせて、航空機に対して質問信号の送信や応答信号の受信等を実行する航空管制レーダであっても良い。この航空管制レーダである拡張スキッタ受信装置１では、監視処理部１３で応答信号及び拡張スキッタを利用してターゲットレポートを生成することが可能であり、航空機間で送受信される拡張スキッタを航空管制に有効に利用することができる。

信号処理部１２は、図１に示すように、受信信号から拡張スキッタのプリアンブルの候補を検出するスキッタ候補検出手段１２１と、スキッタ候補検出手段１２１でプリアンブルの候補が検出されると、プリアンブルの候補が有効なプリアンブルであるか否かを判定する有効スキッタ判定手段１２２と、プリアンブルの候補が有効なプリアンブルであると判定されると、受信信号から拡張スキッタを抽出させるスキッタ抽出信号を出力する抽出信号出力手段１２３と、スキッタ抽出信号にしたがって受信信号から拡張スキッタの抽出及び解析等を処理するスキッタ処理手段１２４を有している。

具体的には、スキッタ候補検出手段１２１は、受信部１１から受信信号を入力し、受信信号に立ち上がりを検出すると、この立ち上がりの１μｓ前、３．５μｓ前及び４．５μｓ前にも立ち上がりが存在するか否かを判定する。また、スキッタ候補検出手段１２１は、検出した立ち上がりの１μｓ前、３．５μｓ前及び４．５μｓ前に立ち上がりが存在したとき、受信信号に拡張スキッタの候補を検出した検出結果を出力し、立ち上がりが存在しないとき、拡張スキッタの候補を検出していない検出結果を出力する。すなわち、基準とする立ち上がりの１μｓ前、３．５μｓ前及び４．５μｓ前にも立ち上がりが存在したとき、基準とした立ち上がりを第４パルスの立ち上がりとして拡張スキッタのプリアンブルの第１パルス乃至第４パルスの候補があったものと判定する。

有効スキッタ判定手段１２２は、受信部１１から受信信号を入力するとともに、スキッタ候補検出手段１２１から検出結果を入力する。また、有効スキッタ判定手段１２２は、スキッタ候補検出手段１２１から拡張スキッタのプリアンブルの候補の検出有の検出結果を入力すると、受信部１１から入力した受信信号の第２パルスと第３パルスの間に立ち上がりが存在するか否かによって有効な拡張スキッタのプリアンブルであるか否かを判定し、判定結果を出力する。

具体的には、有効スキッタ判定手段１２２は、拡張スキッタのプリアンブルの候補の検出有の検出結果を入力すると、受信部１１から入力した受信信号を利用して、スキッタ候補検出手段１２１で検出された第４パルスの立ち上がりの２．５μｓ前及び２μｓ前に立ち上がりが存在しないとき、プリアンブルの候補を拡張スキッタのプリアンブルとして有効である判定結果を出力し、立ち上がりが存在したとき、拡張スキッタのプリアンブルの候補を有効な拡張スキッタのプリアンブルでない判定結果を出力する。

ここで、拡張スキッタやモードＳ応答のデータブロックのフォーマットは、マンチェスタコードであり、データブロックのパルスパターンは、１ビット（１μｓ）の間に１／0又は０／１が存在するパターンである。したがって、このパルスパターンから、拡張スキッタやモードＳ応答のデータブロックをプリアンブルと誤検出するパターンは、図６（ｂ）〜図６（ｅ）に示した４パターンのみであることが明らかである。すなわち、図６（ａ）に示したようなパルス間隔で第１パルス乃至第４パルスを有していても、第４パルスの立ち上がりの２．５μｓ前（第１パルスの２μｓ後）又は２μｓ前（第１パルスの２．５μｓ後）に立ち上がりが存在するとき、スキッタ候補検出手段１２１で検出されたプリアンブルの候補は、拡張スキッタやモードＳ応答のデータブロックである可能性が高く、プリアンブルではないと判定する。したがって、有効スキッタ判定手段１２２は、拡張スキッタのプリアンブルの候補の範囲のうち、所定の範囲に立ち上がりが存在するか否かによってプリアンブルであるか否かを判定することが出来る。

この際、理論的には、各パルスの間隔は、図３（ａ）に示すように、１ビットが正確に１μｓになることが望ましい。しかしながら、実際には、各パルスの立ち上がりには、誤差程度のずれが生じている場合がほとんどである。したがって、有効スキッタ判定手段１２２は、このずれが生じる可能性がある範囲を検出範囲Ｔ（許容範囲）と考慮して拡張スキッタのプリアンブルを判定する。この検出範囲Ｔは、外部からの入力等によって予め設定することが可能であるが、１ビットが１μｓのマンチェスタコードであるため、検出範囲Ｔは、０．２５μｓ以下である必要がある。

具体的には、図３（ａ）に示すように、第４パルスの立ち上がりの前「２．５μｓ−Ｔ」から「２．５μｓ＋Ｔ」の範囲（斜線部）及び「２μｓ−Ｔ」から「２μｓ＋Ｔ」の範囲（斜線部）に立ち上がりが存在しないとき、有効スキッタ判定手段１２２は、プリアンブルの候補が有効なプリアンブルである判定結果を出力する。一方、図３（ｂ）に示すように、第４パルスの立ち上がりの前「２．５μｓ−Ｔ」から「２．５μｓ＋Ｔ」の範囲に立ち上がりが存在する場合や、図３（ｃ）に示すように、第４パルスの立ち上がりの前「２μｓ−Ｔ」から「２μｓ＋Ｔ」の範囲に立ち上がりが存在する場合、有効スキッタ判定手段１２２は、プリアンブルの候補が有効なプリアンブルではない判定結果を出力する。

抽出信号出力手段１２３は、スキッタ候補検出手段１２１から拡張スキッタのプリアンブルの候補の検出結果を入力し、有効スキッタ判定手段１２２から有効なプリアンブルであるか否かの判定結果を入力する。また、抽出信号出力手段１２３は、スキッタ候補検出手段１２１から拡張スキッタのプリアンブルの候補を検出した検出結果を入力するとともに、有効スキッタ判定手段１２２からプリアンブルの候補が有効な拡張スキッタである判定結果を入力すると、受信信号から拡張スキッタを抽出させるスキッタ抽出信号を出力する。

スキッタ処理手段１２４は、受信部１１から受信信号を入力し、抽出信号出力手段１２３からスキッタ抽出信号を入力する。また、スキッタ処理手段１２４は、抽出信号出力手段１２３からスキッタ抽出信号を入力すると、受信信号から拡張スキッタのデータブロックを抽出し、データブロックの内容を解析して解析結果を出力する。

監視処理部１３では、スキッタ処理手段１２４から入力する解析結果を利用して航空機の飛行状況に関するターゲットレポートを生成する。

上述した拡張スキッタ受信装置では、拡張スキッタのプリアンブルを検出する際、第２パルスと第３パルスとの間の立ち上がりの有無を利用することにより、拡張スキッタやモードＳ応答のデータブロックを、拡張スキッタのプリアンブルと誤検出することを防止することができる。したがって、受信信号の信号品質の劣化が生じた場合であっても、拡張スキッタの検出率を向上することができる。

また、上述した拡張スキッタ受信装置１では、第２パルスから第３パルスまでの所定範囲の立ち上がりの有無を判定するのみによって、プリアンブルであるか否かを判定することができる。第２パルスから第３パルスまでの全域における立ち上がりの有無を判定する場合に比べ、プリアンブルの検出効率を向上させることが可能となり、拡張スキッタの検出率を向上することができる。

１…拡張スキッタ受信装置（航空管制レーダ）
１０…アンテナ
１１…受信部
１２…信号処理部
１２１…スキッタ候補検出手段
１２２…有効スキッタ判定手段
１２３…スキッタ出力手段
１３…監視処理部（監視処理手段）
２…トランスポンダ
２０…アンテナ
２１…送受信部
２２…信号処理部

Claims (6)

1. 受信した信号にパルスの立ち上がりを検出すると、このパルスを基準とし、基準のパルスの立ち上がりの１μｓ前、３．５μｓ前及び４．５μｓ前にも立ち上がりが存在するとき、この基準のパルスの立ち上がりから４．５μｓ前から１２０μｓ間の受信信号を拡張スキッタの候補として検出するスキッタ候補検出手段と、
   前記スキッタ候補検出手段によって拡張スキッタの候補として検出された受信信号に含まれる基準のパルスの立ち上がりから１μｓ前から３．５μｓ前までの間に他のパルスの立ち上がりが存在しないとき、前記スキッタ候補検出手段で検出された拡張スキッタの候補を拡張スキッタであると判定する有効スキッタ判定手段と、
   受信信号から、前記有効スキッタ判定手段で判定された拡張スキッタを抽出して解析する拡張スキッタ処理手段と、
   を備えることを特徴とする拡張スキッタ受信装置。
2. 前記有効スキッタ判定手段は、基準のパルスの立ち上がりから所定時間前にパルスの立ち上がりが存在するとき、拡張スキッタの候補を、拡張スキッタでないと判定することを特徴とする請求項１に記載の拡張スキッタ受信装置。
3. 前記所定時間は、２．０μｓ又は２．５μｓであることを特徴とする請求項２に記載の拡張スキッタ受信装置。
4. 前記所定時間には、ずれが生じる可能性があると予め定められる範囲を前後に含むことを特徴とする請求項３に記載の拡張スキッタ受信装置。
5. 受信した信号にパルスの立ち上がりを検出すると、このパルスを基準とし、基準のパルスの立ち上がりの１μｓ前、３．５μｓ前及び４．５μｓ前にも立ち上がりが存在するとき、この基準のパルスの立ち上がりから４．５μｓ前から１２０μｓ間の受信信号を拡張スキッタの候補として検出するステップと、
   拡張スキッタの候補として検出された受信信号に含まれる基準のパルスの立ち上がりから１μｓ前から３．５μｓ前までの間に他のパルスの立ち上がりが存在しないとき、前記スキッタ候補検出手段で検出された拡張スキッタの候補を拡張スキッタであると判定するステップと、
   受信信号から、前記有効スキッタ判定手段で判定された拡張スキッタを抽出して解析するステップと、
   を備えることを特徴とする拡張スキッタのプリアンブル検出方法。
6. 受信した信号にパルスの立ち上がりを検出すると、このパルスを基準とし、基準のパルスの立ち上がりの１μｓ前、３．５μｓ前及び４．５μｓ前にも立ち上がりが存在するとき、この基準のパルスの立ち上がりから４．５μｓ前から１２０μｓ間の受信信号を拡張スキッタの候補として検出するスキッタ候補検出手段と、
   前記スキッタ候補検出手段によって拡張スキッタの候補として検出された受信信号に含まれる基準のパルスの立ち上がりから１μｓ前から３．５μｓ前までの間に他のパルスの立ち上がりが存在しないとき、前記スキッタ候補検出手段で検出された拡張スキッタの候補を拡張スキッタであると判定する有効スキッタ判定手段と、
   受信信号から、前記有効スキッタ判定手段で判定された拡張スキッタを抽出して解析する拡張スキッタ処理手段と、
   前記拡張スキッタ処理手段の解析結果を利用して、航空機を監視する監視処理手段と、
   を備えることを特徴とする航空管制レーダ。

Images