JP5398343B2

JP5398343B2 - 二次監視レーダ

Info

Publication number: JP5398343B2
Application number: JP2009118473A
Authority: JP
Inventors: 義則久慈; 善郎青木; 高史山田; 孝文武田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: EP2256514A1; US8102300B2; US20100289689A1; ATE546747T1; EP2256514B1; JP2010266350A

Description

本発明は、航空機から受信する拡張スキッタを利用する二次監視レーダに関する。

二次監視レーダ（ＳＳＲ：Secondary Surveillance Radar）は、地上局に設置され、図５に示すように航空機２に搭載されているトランスポンダ２０に送受信部１２が質問信号を送信し、この質問信号に対して航空機２のトランスポンダ２０から送信される応答信号を受信する。送受信部１２の処理は、信号処理部１３ａによって制御されている。二次監視レーダ１ａは、このような信号の送受信によって、航空管制に必要な情報を取得している。

トランスポンダ２０には、従来から利用されているＡＴＣＲＢＳトランスポンダと、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダよりも後に開発されたモードＳトランスポンダの２種類があり、送受信される信号が異なる。図５に示す二次監視レーダ１ａは、モードＳ二次監視レーダ（ＳＳＲモードＳ）であって、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダとモードＳトランスポンダの両トランスポンダに対応し、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダが搭載される航空機（ＡＴＣＲＢＳ機）であっても、モードＳ二次監視レーダが搭載される航空機（モードＳ機）であっても監視することができる二次監視レーダである。

モードＳ二次監視レーダ１ａは、図６に示すように、信号の送受信を切り替える送受切替器１２１、信号を送信する送信器１２２及び信号を受信する受信器１２３を有する送受信部１２を備えている。また、モードＳ二次監視レーダ１ａは、信号の送信を制御する送信制御部１３１、モードＳ機から受信した信号を処理するモードＳ応答処理部１３６、ＡＴＣＲＢＳ機から受信した信号を処理するＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３、受信信号を利用してターゲットレポートを生成して航空機の飛行を監視する監視処理部１３７及びオールコール期間及びロールコール期間を管理するチャネル管理部１３４を有する信号処理部１３を備えている。

具体的には、受信器１２３は、図７に示すように、受信する信号からΣビデオを検出するΣビデオ検出器１２３ａと、検出されたΣビデオを二値化する二値化手段１２３ｂと、Δビデオを検出するΔビデオ検出器１２３ｃと、検出されたΔビデオを二値化する二値化手段１２３ｄと、Ωビデオを検出するΩビデオ検出器１２３ｅと、Ωビデオを二値化する二値化手段１２３ｆとを有している。

また、モードＳ応答処理部１３６は、図７に示すように、各二値化手段１２３ｂ，１２３ｄ，１２３ｆで二値化された信号からモードＳ機から送信されたモードＳ応答を検出する検出手段１３６ａと、検出されたモードＳ応答を解析解析する解析手段１３６ｂとを備えている。また、ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３は、各二値化手段１２３ｂ，１２３ｄ，１２３ｆで二値化された信号からＡＴＣＲＢＳ機から送信されたＡＴＣＲＢＳ応答を検出するＡＴＣＲＢＳ検出手段１３３ａと、検出されたモードＳ応答を解析するＡＴＣＲＢＳ応答解析手段ｂとを備えている。

さらに、監視処理部１３７は、解析手段１３６ｂ，１３３ｂの解析結果を利用してターゲットレポートを生成するターゲットレポート生成手段１３７ａとを備えている。

モードＳ二次監視レーダ１ａでは、ＡＴＣＲＢＳ機及びモードＳ機を捕捉するため、図８に示すように、決められた繰返し周波数や覆域に応じてオールコール期間Ｔａとロールコール期間Ｔｒとに分けて処理を進めている。具体的には、モードＳ二次監視レーダ１ａの送信制御部１３１は、オールコール期間Ｔａには、一括質問を送信してＡＴＣＲＢＳ機とモードＳ機を捕捉し、ロールコール期間Ｔｒには、個別質問を送信してオールコール期間Ｔａに捕捉したモードＳ機の捕捉を継続することで、監視空域内の全ての航空機の捕捉が可能になるように処理している（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。

しかしながら、モードＳ二次監視レーダ１ａでは、監視空域に航空機数が増加し、データリンクの機能が付加されると、監視空域内の全ての航空機の捕捉が困難となり、各期間Ｔａ，Ｔｒを効率よく使用することが重要になる。

ところで、航空機からは、モードＳ二次監視レーダ１ａ送信する質問信号に応答して送信される応答信号の他、拡張スキッタが送信される。図９に示すように、拡張スキッタは、「トランスポンダの能力（ＣＡ）」、「トランスポンダのモードＳアドレス（ＡＡ）」、「航空機の位置及び速度等（ＭＥ）」、「パリティ（ＰＩ）」の情報を含む信号である。この拡張スキッタは放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ）で利用される信号である。したがって、モードＳ二次監視レーダ１ａでは拡張スキッタを受信する場合があるが、受信した拡張スキッタを利用していない。

特開2006−72950号公報

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

上述したように、従来のモードＳ二次監視レーダ１ａでは、監視空域に航空機数が増加し、データリンクの機能が追加されると、全ての航空機の捕捉が困難となる。一方、応答信号とは無関係に受信する拡張スキッタは、モードＳ二次監視レーダ１ａでは有効に利用されていない。

従って本発明は、モードＳ機から送信される拡張スキッタを有効利用して航空機を監視する二次監視レーダを提供する。

本発明の特徴に係る二次監視レーダは、監視空域を飛行する航空機に質問信号を送信する送信手段と、監視空域を飛行する航空機から送信された信号を受信する受信手段と、受信手段が受信した信号から前記送信手段が送信した質問信号に応答する応答信号が検出されると、当該応答信号を解析する応答解析手段と、受信手段が受信した信号から拡張スキッタが検出されると、当該拡張スキッタを解析するスキッタ解析手段とを備える。

本発明によれば、モードＳ機から送信される拡張スキッタを有効利用して航空機を監視する。

本発明の最良の実施形態に係るモードＳ二次監視レーダの構成を説明する機能ブロック図である。図１に示すモードＳ二次監視レーダの構成の一部を説明する図である。一般的なモードＳ二次監視レーダが受信する信号について説明する図である。図１に示すモードＳ二次監視レーダにおける処理について説明する図である。一般的なモードＳ二次監視レーダとトランスポンダを表わす概略図である。従来のモードＳ二次監視レーダの構成を説明する機能ブロック図である。図６に示すモードＳ二次監視レーダの構成の一部を説明する図である。図６に示すモードＳ二次監視レーダにおける処理について説明する図である。拡張スキッタの構成について説明する図である。

図１を用いて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について説明する。モードＳ二次監視レーダ１は、図５を用いて上述したモードＳ二次監視レーダ１ａと同様に、地上局に設置されており、航空機２に備えられるトランスポンダ２０との質問応答に基づいて航空機２を監視する。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モードＳ二次監視レーダ１は、アンテナ１１と、アンテナ１１を介して信号を送受信する送受信部１２と、送受信部１２に接続され、質問応答を制御するとともに受信する応答Ａに基づいてターゲットレポートを生成して出力する信号処理部１３とを備えている。

送受信部１２は、送受切替器１２１、送信器１２２及び受信器１２３を備え、アンテナ１１を介して質問を送信するとともに、アンテナ１１で受信する応答を信号処理部１３に出力している。

また、信号処理部１３は、質問の送信制御を制御する送信制御部１３１、受信したモードＳ応答を処理するモードＳ応答処理部１３２、受信したＡＴＣＲＢＳ応答を処理するＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３、オールコール期間及びロールコール期間をスケジューリングするチャネル管理部１３４、応答を利用してターゲットレポートを生成する監視処理部１３５を備えている。

具体的には、受信器１２３は、図２に示すように、受信信号からΣビデオを検出するΣビデオ検出器１２３ａと、検出したΣビデオを二値化する二値化手段１２３ｂと、受信信号からΔビデオを検出するΔビデオ検出器１２３ｃと、検出したΔビデオを二値化する二値化手段１２３ｄと、受信信号からΩビデオを検出するΩビデオ検出器１２３ｅと、検出したΩビデオを二値化する二値化手段１２３ｆとを有している。受信器１２３の各二値化手段１２３ｂ，１２３ｄ，１２３ｆは、二値化したビデオをモードＳ応答処理部１３２及びＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３に出力する。

モードＳ応答処理部１３２は、図２に示すように、受信器１２３からΣビデオ、Δビデオ及びΩビデオを入力し、送信器１２２が送信した質問信号に応答して航空機２から送信されたモードＳ応答を検出するモードＳ応答検出手段１３２ａと、モードＳ応答検出手段１３２ａで検出されたモードＳ応答を解析して解析結果を監視処理部１３５に出力するモードＳ応答解析手段１３２ｂと、受信器１２３からΩビデオを入力して航空機２から送信された拡張スキッタを検出する拡張スキッタ検出手段１３２ｃと、拡張スキッタ検出手段１３２ｃで検出された拡張スキッタを解析して解析結果を監視処理部１３５に出力する拡張スキッタ解析手段１３２ｄとを有している。

ＡＴＣＲＢＳ応答処理部１３３は、図２に示すように、受信器１２３からΣビデオ、Δビデオ及びΩビデオを入力し、送信器１２２が送信した質問信号に応答して航空機２から送信されたＡＴＣＲＢＳ応答を検出するＡＴＣＲＢＳ検出手段１３３ａと、ＡＴＣＲＢＳ検出手段１３３ａで検出されたＡＴＣＲＢＳ応答を解析して解析結果を監視処理部１３５に出力するＡＴＣＲＢＳ応答解析手段１３３ｂとを有している。

監視処理部１３５は、図２に示すように、応答信号と拡張スキッタの解析結果を利用してターゲットレポートを生成するターゲットレポート生成手段１３５ａと、拡張スキッタの座標を変換する座標変換手段１３５ｂとを有している。

Σビデオは、図３に示すように、アンテナ１１を中心軸とし、アンテナ１１の正面方向ｆの領域Ａで受信された信号である。また、Δビデオは、図３に示すように、アンテナ１１の正面方向ｆの両側の領域Ｂで受信された信号である。さらに、Ωビデオは、図３に示すように、広い領域Ｃで受信された信号である。

図３に示すように、Σビデオ及びΔビデオは指向性の信号であり、アンテナ１１を基準とした所定範囲（角度）を飛行する航空機との通信に限って利用することができる。一方、Ωビデオは無指向性の信号であり、アンテナ１１を基準として広範囲（角度）を飛行する航空機との通信に利用することができる。また、オールコール質問応答やロールコール質問応答は、アンテナ１１を基準とした所定範囲（角度）を飛行する航空機のみを対象としている。したがって、無指向性であるΩビデオを利用した場合、あらゆるトランスポンダからの応答（フルーツ応答、スキッタ応答等）が対象となる。

具体的には、拡張スキッタ解析手段１３２ｄは、拡張スキッタ検出手段１３２ｃで検出された拡張スキッタのデータブロックをデコードし、その結果を監視処理部１３５に出力する。拡張スキッタは、図９に示すような構成であるが、ＰＩフィールドの値が“０”となるため、拡張スキッタ解析手段１３２ｄは、デコードの結果、ＰＩフィールドの値が“０”、かつ、ＤＦフィールドの値が“１０００１”（ＤＦ＝１７）または“１００１０”（ＤＦ＝１８）となった場合にのみ、監視処理部１３５に出力する。

また、座標変換手段１３５ｂは、拡張スキッタに含まれる位置情報を応答信号に含まれる位置情報に適合させる。すなわち、モードＳ応答解析手段１３２ｂ及びＡＴＣＲＢＳ応答解析手段１３３ｂで解析された応答信号には、航空機２の位置情報として、モードＳ二次監視レーダを中心として航空機２の位置を表わす座標（レンジ及びアジマス）が含まれている。一方、拡張スキッタ解析手段１３２ｄで解析された拡張スキッタには、航空機２の位置情報として、航空機２の位置を表わす緯度と経度が含まれている。したがって、座標変換手段１３５ｂは、拡張スキッタ解析手段１３２ｄで解析された緯度及び経度を、航空機２の位置を特定する座標（レンジ及びアジマス）に変換する。

上述したように、モードＳ二次監視レーダ１では、航空機２から受信する拡張スキッタも処理している。この拡張スキッタは、航空機２が定期的に送信する信号であるため、モードＳ二次監視レーダ１は、オールコール期間Ｔａ及びロールコール期間Ｔｒとは無関係なタイミングで拡張スキッタを受信する。したがって、図４に示すように、モードＳ応答処理部１３２では、受信する拡張スキッタをオールコール期間Ｔａ及びロールコール期間Ｔｒとは無関係に処理する。

具体的には、図４に示すように、オールコール期間Ｔａには、モードＳ二次監視レーダ１は、ＡＴＣＲＢＳ機及びモードＳ機に一括質問を送信して受信した応答を処理（α、β）するとともに、モードＳ機から受信する拡張スキッタを処理する（δ）。また、ロールコール期間Ｔｒには、モードＳ二次監視レーダ１は、過去のオールコール期間Ｔａに応答を受信したモードＳ機に個別質問送信し、受信した応答を処理（γ）するとともに、拡張スキッタを受信した応答を処理（δ）する。また、モードＳ二次監視レーダ１は、ロールコール期間Ｔｒにも、モードＳ機から受信する拡張スキッタを処理する（δ）。

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によれば、ＡＴＣＲＢＳ応答及びモードＳ応答に含まれる情報に加え、拡張スキッタに含まれる情報を利用してターゲットレポートを生成している。したがって、モードＳ二次監視レーダ１では、拡張スキッタを利用することで、通常の質問応答のみでは捕捉することのできなかった航空機の情報も取得して、航空機の監視性能を向上することができる。

１…二次監視レーダ
２…トランスポンダ
１１…アンテナ
１２…送受信部
１２１…送受切替器
１２２…送信器（送信手段）
１２３…受信器（受信手段）
１２３ａ…Σビデオ検出器
１２３ｃ…Δビデオ検出器
１２３ｅ…Ωビデオ検出器
１２３ｂ，１２３ｄ，１２３ｆ…二値化手段
１３…信号処理部
１３１…送信制御部
１３２…モードＳ応答処理部
１３２ａ…モードＳ応答検出手段
１３２ｂ…モードＳ応答解析手段（応答解析手段）
１３２ｃ…拡張スキッタ検出手段
１３２ｄ…拡張スキッタ解析手段（スキッタ解析手段）
１３３…ＡＴＣＲＢＳ応答処理部
１３３ａ…ＡＴＣＲＢＳ応答検出手段
１３３ｂ…ＡＴＣＲＢＳ応答解析手段（応答解析手段）
１３４…チャネル管理部
１３５…監視処理部
１３５ａ…ターゲットレポート生成手段
１３５ｂ…座標変換手段

Claims

監視空域を飛行する航空機に質問信号を送信する送信手段と、
前記監視空域を飛行する航空機から送信された信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した信号から前記送信手段が送信した質問信号に応答する応答信号が検出されると、当該応答信号を解析する応答解析手段と、
前記受信手段が受信した信号のうち、Ωビデオの受信信号から拡張スキッタが検出されると、当該拡張スキッタを解析するスキッタ解析手段と、
前記応答解析手段の解析結果と、前記スキッタ解析手段の解析結果とで航空機の監視に利用するターゲットレポートを生成するターゲットレポート生成手段と、
を備えることを特徴とする二次監視レーダ。
前記スキッタ解析手段で解析された拡張スキッタから当該拡張スキッタを送信した航空機の位置を表わす緯度及び経度を抽出し、当該緯度及び経度から前記モードＳ二次監視レーダを基準として航空機の位置を表わす座標に変換する座標変換手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の二次監視レーダ。
前記スキッタ解析手段で解析された拡張スキッタから当該拡張スキッタを送信した航空機の位置を表わす緯度及び経度を抽出し、当該緯度及び経度から前記モードＳ二次監視レーダを基準として航空機の位置を表わす座標に変換する座標変換手段をさらに備え、
前記ターゲットレポート生成手段は、ターゲットレポートの生成に前記座標変換手段で変換された航空機の座標を利用することを特徴とする請求項１に記載の二次監視レーダ。