JP5439421B2 - マルチラテレーションシステム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、航空機から送信される信号を受信する受信装置及び受信した信号から航空機の位置を特定するマルチラテレーションシステムに関する。

航空機の飛行の安全を図るため、航空機は、質問信号や応答信号を送受信するＳＳＲ装置（モードＳ二次監視レーダ装置）等のレーダを利用して監視されている。また、航空機同士の衝突を防止するために航空機同士で位置情報を交換する放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ：Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）も利用されている。

さらに、近年では、地上で航空機の飛行状況を把握するために複数の受信装置で航空機から送信された信号を受信して航空機の位置を特定するマルチラテレーションシステムの利用が検討されている。マルチラテレーションシステムは、複数の受信局における信号（拡張スキッタやスキッタ応答）の受信に関する情報を利用して航空機の位置を測位する。また、マルチラテレーションシステムは、測位した航空機位置を利用して航空機に質問信号を送信し、航空機の識別情報や高度情報を含む応答信号を取得する。

マルチラテレーションシステムによる質問信号の送信は、隣接の二次監視レーダ（ＳＳＲ）の運用に支障がないように規定されている。しかしながら、マルチラテレーションシステムは、二次監視レーダの動作を把握できないため、質問信号を送信するタイミングの決定が困難である。また、航空機の数が増えるにつれて、質問信号を送信するタイミングの決定は複雑になる。

航空機に搭載されているトランスポンダは、デッドタイムがあり、応答すべき質問信号に対しては１２５μｓの間は応答しないため、マルチラテレーションシステムが先に質問すると、１２５μｓの間は二次監視レーダからの質問に対して応答しない。また、二次監視レーダが先にトランスポンダに質問すると、トランスポンダは、１２５μｓの間はマルチラテレーションシステムからの質問に対して応答しない。そのため、二次監視レーダの動作と無関係にマルチラテレーションシステムが質問信号を送信すると、二次監視レーダにおいて検出率が低下させて航空機の監視を妨げるおそれがある。

その他、マルチラテレーションシステムの質問信号に対するトランスポンダからの応答信号は、二次監視レーダにはフルーツ応答となり、二次監視レーダにおける検出率を低下させる可能性もある。二次監視レーダ（特にモードＳ二次監視レーダ）は、このフルーツ応答を減らすこと、すなわち、他の二次監視レーダに影響を与えないことを考慮したものであるが、マルチラテレーションシステムは、このような二次監視レーダの思想の妨げになりうる。

上述したように、マルチラテレーションシステムでは、二次監視レーダの動作と無関係に質問信号を送信した場合、二次監視レーダの検出率を低下させて航空機の監視を妨げるおそれがある。

Michael C. Stevens "Secondary Surveillance Radar" 1988, ISBN 0-89006-292-7.

したがって本発明は、信号の送信タイミングを二次監視レーダの動作に対応させて、二次監視レーダにおける航空機の監視を妨げることのないマルチラテレーションシステムを提供する。

本発明の実施形態に係るマルチラテレーションシステムは、応答処理部と、タイミング生成部と、送信部とを備える。応答処理部は、レーダ装置の質問信号に対して航空機が送信した応答信号を入力し、当該応答信号を解析してレーダ装置と航空機との信号の送受信のタイミングを特定する。タイミング生成部は、予め入力されたレーダ装置のアンテナの回転速度と、応答処理部で特定されたタイミングとから、アンテナが航空機と異なる方向を向いているタイミングを航空機への質問信号の送信タイミングとする。送信部は、タイミング生成部で生成されたタイミングで、質問信号を送信する。

実施形態に係るマルチラテレーションシステムについて説明する概略図である。 送受信装置の構成について説明するブロック図である。 送受信装置が送受信する信号のタイミングチャートである。

以下に、図面を用いて実施形態に係るマルチラテレーションシステムについて説明する。このマルチラテレーションシステムは、航空機から送信された信号を複数の局で受信して航空機の位置を測位してレーダ装置とは別に航空機の飛行情報を取得し、航空機の飛行を監視するシステムである。

図１に示すように、実施形態に係るマルチラテレーションシステム１は、航空機３０から送信される信号（ＤＦ＝４，５，１１，１７，１８，２０，２１）を受信するとともに、航空機３０に信号（ＵＦ＝４，５）を送信する送受信装置１０と、航空機３０から送信される応答信号（ＤＦ＝４，５，１１，１７，１８，２０，２１）を受信する複数の受信装置２０ａ〜２０ｃと、送受信装置１０及び受信装置２０ａ〜２０ｃが受信した信号及び信号の受信時刻を入力して航空機３０の位置を測位する処理装置４０とが接続されている。

マルチラテレーションシステム１では、異なる場所に設置される送受信装置１０及び受信装置２０ａ〜２０ｃは、航空機３０のトランスポンダから送信される信号を受信すると、受信した信号に信号の受信時刻を関連づけて処理装置４０に出力する。処理装置４０は、同一の信号についての各装置１０，２０ａ〜２０ｃにおける受信時刻の差から、航空機３０の位置を測位する。ここで、送受信装置１０及び受信装置２０ａ〜２０ｃでそれぞれ信号に関連づける受信時刻が正確でない場合、測位される航空機３０の位置も正確にならない。したがって、マルチラテレーションシステム１では、処理装置４０で航空機３０の位置を正確に測位するため、送受信装置１０及び受信装置２０ａ〜２０ｃにおいて計時する時刻を同期させている。

送受信装置１０は、レーダ装置５０のアンテナ５１の回転角度を入力し、航空機３０とレーダ装置５０との信号の送受信に影響を与えないタイミングで航空機３０に質問信号を送信することで、レーダ装置５０における航空機の監視の弊害を防止する。このレーダ装置５０は、航空機３０に質問信号を送信するとともに航空機から質問信号に対して送信された応答信号を受信し、航空機３０を監視する二次監視レーダである。

具体的には、送受信装置１０は、図２に示すように、航空機３０から送信された信号を受信する受信装置１１と、航空機３０に質問信号を送信する送信装置１２とを有している。

受信装置１１は、アンテナ１４で受信した信号に信号の受信時刻を関連づけて処理装置４０に出力する。また、受信装置１１は、アンテナ１４で受信した信号を送信装置１２に出力する。

具体的には、受信装置１１は、図２に示すように、アンテナ１４が受信した信号を入力する受信部１１１と、受信部１１１が入力した信号を２値化処理する２値化処理部１１２と、２値化された信号のうちモードＳ応答を解析するモードＳ応答処理部１１３と、２値化された信号のうち拡張スキッタを解析する拡張スキッタ処理部１１４と、モードＳ応答処理部１１３の解析結果及び拡張スキッタ処理部１１４の解析結果を処理装置４０へ出力する出力部１１５を備えている。

モードＳ応答とは、航空機３０がレーダ装置５０から入力したモードＳ質問に応答して送信され、レーダ装置５０において航空機３０の監視に利用する信号である。拡張スキッタとは、拡張スキッタの送信機能を有する航空機３０が定期的に送信する信号である。

モードＳ応答処理部１１３の解析結果は、出力部１１５に出力されるとともに、送信装置１２にも出力される。また、受信装置１１では、２値化処理部１１２で処理された信号とともに、信号を入力した時刻を計時部１３から取得し、モードＳ応答処理部１１３及び拡張スキッタ処理部１１４に入力させる。したがって、送信装置１２では、このモードＳ信号の解析結果によって航空機３０とレーダ装置５０との信号の送受信のタイミングについて把握することができる。なお、この計時部１３は、マルチラテレーションシステム１で送受信装置１０、受信装置２０ａ〜２０ｃを同期して計時するものであり、計時部１３内で計時する他、外部から、同期した時刻を取得するものであってもよい。

その他、受信装置は、マルチラテレーションシステム１０で航空機３０について監視するために送信装置１２が送信した質問信号（ＭＬＡＴ個別質問）に対する航空機３０の応答信号（ＭＬＡＴ応答）を受信すると、このＭＬＡＴ応答を解析して処理装置４０に出力する処理部を備えている。

送信装置１２は、航空機３０に信号質問を送信するため、図２に示すように、情報処理部１２１、送信管理部１２６、変換部１２７及び送信部１２８を有している。また、情報処理部１２１は、入力部１２２と、信号生成部１２３と、アンテナ予測部１２４と、タイミング生成部１２５を有している。

入力部１２２は、処理装置４０から航空機の識別子（モードＳアドレス）と、測位された航空機３０の位置に関するデータ（監視データ）を入力し、入力した監視データを信号生成部１２３に出力する。この監視データに含まれる位置情報では、航空機３０の位置を緯度及び経度により特定するデータである。

信号生成部１２３は、入力した監視データの位置情報が特定する航空機３０の位置を、レーダ装置５０のアンテナ角度で表わす値に変換する。また、信号生成部１２３は、当該航空機３０に送信する信号（ＭＬＡＴ個別質問）を生成し、アンテナ角度とともに送信管理部１２６に出力する。なお、信号生成部１２３には、送受信装置１０とレーダ装置５０の位置関係が予め登録されているため、信号生成部１２３は、入力した監視データに含まれる位置情報を利用して航空機３０をレーダ装置５０のアンテナ角度で表わす値に変換することができる。

アンテナ予測部１２４は、レーダ装置５０のアンテナ５１の回転速度の値が予め入力されており、アンテナ５１の回転周期を提供している。

タイミング生成部１２５は、アンテナ予測部１２４で予測されるアンテナ５１の回転角度と、計時部１３から取得する時刻と、受信装置１１から入力するモードＳ応答の解析結果とから、送信装置１２から信号を送信するタイミングを特定し、ＭＬＡＴ個別質問を送信するタイミングで送信管理部１２６にＭＬＡＴトリガを出力する。すなわち、タイミング生成部１２５は、レーダ装置５０の送受信と重ならないようなタイミングで送信のタイミングを生成する。

具体的には、図３に示すように、モードＳ質問の送信とモードＳ応答の受信とが行われる機関は送信を禁止し、アンテナ５１の１回転がＴＡ［ｓ］であるとき、タイミング生成部１２５は、モードＳ質問の送信からＴＡ／２［ｓ］経過後に、ＭＬＡＴ個別質問を送信させるＭＬＡＴトリガを出力する。例えば、アンテナ５１の回転速度が６ＲＰＭ（回転／分）であるとき、アンテ５１の１回転には１０秒かかる。この場合、アンテナ５１の向きは、対象の航空機３０のモードＳ応答の受信時刻から、５秒後にはこの航空機３０と反対方向にあり、１０秒後には再びこの航空機３０の方向に向いていると予測できるため、５秒後をＭＬＡＴ個別質問の送信タイミングとする。

送信管理部１２６は、タイミング生成部１２５からＭＬＡＴトリガを入力すると、信号生成部１２３で生成された信号を変換部１２７に出力する。信号を入力した変換部１２７は、入力した信号を送信形式である中間周波数の信号（ＩＦ信号）に変換し、送信部１２８に出力する。また、信号を入力した送信部１２８は、入力した信号を高周波処理し、アンテナ１５を介して航空機３０に送信する。

なお、図１に示す例では、送受信装置１０の数は１、受信装置２０ａ〜２０ｃの数は３であるが、送受信装置及び受信装置の数は限定されない。したがって、さらに多くの送受信装置や受信装置を有し、これらの装置で受信する信号を利用して航空機３０の位置を測位するようにしてもよい。

上述のように、実施形態に係るマルチラテレーションシステム１において、送受信装置１０は、アンテナ予測部１２４においてアンテナ５１の回転角度を予測し、タイミング生成部１２５は、アンテナ予測部１２４で予測された回転角度を考慮して、航空機３０に信号（ＭＬＡＴ個別質問）を送信するタイミングを決定している。したがって、実施形態に係るマルチラテレーションシステム１では、レーダ装置５０と航空機３０との質問応答に影響を与えることがなく、レーダ装置５０による航空機３０の監視を妨げることのないマルチラテレーションシステム１を実現することができる。

上記のように、本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなる。また、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。

１…マルチラテレーションシステム
１０…送受信装置
１１…受信装置
１１１…受信部
１１２…値化処理部
１１３…応答処理部
１１４…拡張スキッタ処理部
１１５…出力部
１２…送信装置
１２１…情報処理部
１２２…入力部
１２３…信号生成部
１２４…アンテナ予測部
１２５…タイミング生成部
１２６…送信管理部
１２７…変換部
１２８…送信部
１３…計時部
１４…アンテナ
１５…アンテナ
２０ａ〜２０ｃ…受信装置
３０…航空機
４０…処理装置
５０…レーダ装置
５１…アンテナ

Claims (1)

1. 複数の受信装置で受信する同一の信号の受信時刻の差を利用して航空機の位置を測位し、送信装置から位置が測位された航空機に質問信号を送信し、当該質問信号に対して必要な情報を取得するマルチラテレーションシステムであって、
   レーダ装置の質問信号に対して航空機が送信した応答信号を入力し、当該応答信号を解析して前記レーダ装置と前記航空機との信号の送受信のタイミングを特定する応答処理部と、
   予め入力された前記レーダ装置のアンテナの回転速度と、前記応答処理部で特定されたタイミングとから、前記アンテナが前記航空機と異なる方向を向いているタイミングを前記航空機への質問信号の送信タイミングとするタイミング生成部と、
   前記タイミング生成部で生成されたタイミングで、質問信号を送信する送信部と、
   を備えることを特徴とするマルチラテレーションシステム。

Images