JP5513990B2

JP5513990B2 - Extended squitter receiver

Info

Publication number: JP5513990B2
Application number: JP2010122863A
Authority: JP
Inventors: 高史山田; 義則久慈
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: JP2011247809A

Description

本発明の実施形態は、航空機に搭載されるモードＳトランスポンダから送信された信号を受信する拡張スキッタ受信装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an extended squitter receiving apparatus that receives a signal transmitted from a mode S transponder mounted on an aircraft.

航空機は、地上の監視装置によって監視されているが、ＡＤＳ−Ｂ対応のトランスポンダが搭載され、このＡＤＳ−Ｂ対応トランスポンダによって航空機間で定期的に拡張スキッタを送受信する航空機がある。一般的には、拡張スキッタは、ＡＤＳ−Ｂ対応のトランスポンダが搭載される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拡張スキッタ受信装置もある。 The aircraft is monitored by a monitoring device on the ground, but there is an aircraft in which an ADS-B compatible transponder is mounted, and the ADS-B compatible transponder periodically transmits and receives an extended squitter between the aircraft. In general, an extended squitter is a signal used between aircrafts equipped with ADS-B compatible transponders. However, an extended squitter receiving device that receives and uses an extended squitter transmitted from an aircraft on the ground is also available. is there.

拡張スキッタは航空機のトランスポンダが独自に送信するものであり、拡張スキッタ受信装置は、拡張スキッタの受信スケジュールを設定することはできず、無指向性のアンテナを利用して他の処理とは非同期で航空機のトランスポンダから送信された拡張スキッタを受信している。 The extended squitter is transmitted independently by the transponder of the aircraft. The extended squitter receiver cannot set the reception schedule of the extended squitter and uses an omnidirectional antenna and is asynchronous with other processes. You are receiving an extended squitter sent from an aircraft transponder.

一般的に、地上に設置される航空レーダ装置等が航空機と質問応答をする際には、指向性のあるアンテナを利用し、質問応答のスケジュールを設定することができるため、不要な信号処理を制限し、信号の検出効率を上げることができる。 In general, when an aerial radar device installed on the ground makes a question and answer with an aircraft, a directional antenna can be used to set a question answering schedule. This can limit the signal detection efficiency.

しかしながら、拡張スキッタは地上の処理とは無関係なタイミングで航空機から送信されるものであり、拡張スキッタ受信装置では、無指向性のアンテナを利用し、非同期に拡張スキッタを受信している。このような拡張スキッタ受信装置では、ガーブル（電波干渉）の頻度が高くなることがある。また、拡張スキッタ受信装置では、受信スケジュールが存在しないことにより、近距離機等に対するレベルの抑圧処理（ＳＴＣ）を行うこともできない。 However, the extended squitter is transmitted from the aircraft at a timing unrelated to the processing on the ground, and the extended squitter receiving apparatus receives the extended squitter asynchronously using an omnidirectional antenna. In such an extended squitter receiver, the frequency of garble (radio wave interference) may increase. In addition, the extended squitter receiving apparatus cannot perform level suppression processing (STC) on a short-range device or the like because there is no reception schedule.

特開平９−１７１０７４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-171074 特公平８−５７２６号公報Japanese Patent Publication No. 8-5726

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

上述したように、拡張スキッタ受信装置では、受信スケジュールが存在しないため、誤検出が発生して受信する拡張スキッタの検出性能が低下するおそれがあった。 As described above, in the extended squitter receiving apparatus, since there is no reception schedule, there is a possibility that the detection performance of the extended squitter received due to erroneous detection may be deteriorated.

したがって本実施形態は、誤検出による拡張スキッタの検出率の低下を防止する拡張スキッタ受信装置を提供する。 Therefore, the present embodiment provides an extended squitter receiving apparatus that prevents a reduction in the detection rate of the extended squitter due to erroneous detection.

実施形態に係るスキッタ受信装置は、受信信号を特定する振幅値のデータを２値化して、２値化データとして出力する２値化処理手段と、２値化データを入力すると、当該２値化データから拡張スキッタのプリアンブルを特定する所定のパルスパターンの有無を検出する検出手段と、受信信号を特定する位相値のデータを入力すると、当該位相データから拡張スキッタのプリアンブルを構成するパルスの相関性の有無を判定する相関処理手段と、前記検出手段で所定のパルスパターンが有と判定されるとともに、前記相関処理手段で相関性が有と判定されると、２値化データをデコードして拡張スキッタとするデコード手段とを備える。 The squitter receiving apparatus according to the embodiment binarizes the amplitude value data for specifying the received signal and outputs the binarized data as binarized data. The detection means for detecting the presence or absence of a predetermined pulse pattern that identifies the preamble of the extended squitter from the data, and the correlation of the pulses that constitute the preamble of the extended squitter from the phase data when the phase value data that identifies the received signal is input When the correlation processing means for determining the presence or absence of the signal and the detection means determine that the predetermined pulse pattern is present and the correlation processing means determines that the correlation is present, the binarized data is decoded and expanded. Decoding means as a squitter.

一般的な拡張スキッタ受信装置とトランスポンダを説明する概略図である。It is the schematic explaining a general extended squitter receiver and a transponder. 実施形態に係る拡張スキッタ受信装置の信号処理部の構成を説明する機能ブロック図である。It is a functional block diagram explaining the structure of the signal processing part of the extended squitter receiver which concerns on embodiment. 図２に示す信号処理部で利用される信号について説明する図である。It is a figure explaining the signal utilized in the signal processing part shown in FIG. 一般的な拡張スキッタ受信装置について説明する図である。It is a figure explaining a general extended squitter receiver.

以下で図面を用いて実施形態に係る拡張スキッタ受信装置について説明する。図１に示すように拡張スキッタ受信装置１は、地上局に設置されている。拡張スキッタ受信装置１は、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ため、アンテナ１０と、アンテナ１０を介して拡張スキッタ等の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、信号処理部１３から拡張スキッタの受信データを入力し、航空機の監視に利用する監視処理部１３とを備えている。また、トランスポンダ２は、信号の送受信に利用するアンテナ２１と、信号の送受信を実行する送受信部２１と、送受信する信号を処理する信号処理部２２とを備えている。 The extended squitter receiving apparatus according to the embodiment will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the extended squitter receiving apparatus 1 is installed in a ground station. The extended squitter receiving apparatus 1 receives and processes the extended squitter transmitted from the transponder 2 provided in the aircraft, and receives the antenna 10, a receiving unit 11 that receives a signal such as an extended squitter via the antenna 10, and a reception A signal processing unit 12 connected to the unit 11 for processing the received signal, and a monitoring processing unit 13 for receiving the reception data of the expansion squitter from the signal processing unit 13 and using it for aircraft monitoring. The transponder 2 includes an antenna 21 used for signal transmission / reception, a transmission / reception unit 21 for performing signal transmission / reception, and a signal processing unit 22 for processing signals to be transmitted / received.

拡張スキッタは、プリアンブルとデータブロックとで構成されており、プリアンブルは、４つのパルスで構成されている。各パルスのパルス幅はそれぞれ５００ｎｓであり、第１パルスと第２パルスの間隔は１μｓ、第１パルスと第３パルスの間隔は３．５μｓ、第１パルスと第４パルスの間隔は４．５μｓの基準パターンになるように規定されている。また、データブロックは、プリアンブルの第１パルスから８μｓの位置から開始される。したがって、拡張スキッタ受信装置１の信号処理部１２は、受信する信号のうち、この基準パターンのプリアンブルが存在すると、プリアンブルの第１パルスから８μｓの位置から１１２μｓの範囲をデータブロックとしてデコードする。 The extended squitter is composed of a preamble and a data block, and the preamble is composed of four pulses. The pulse width of each pulse is 500 ns, the interval between the first pulse and the second pulse is 1 μs, the interval between the first pulse and the third pulse is 3.5 μs, and the interval between the first pulse and the fourth pulse is 4.5 μs. It is stipulated to be a standard pattern. The data block starts at a position 8 μs from the first pulse of the preamble. Therefore, when the preamble of this reference pattern is present in the received signal, the signal processing unit 12 of the extended squitter receiving apparatus 1 decodes a range of 112 μs from the position of 8 μs from the first pulse of the preamble as a data block.

信号処理部１２は、図２に示すように、受信部１１から入力するＩＦデータの受信信号を増幅する増幅器１２ａと、増幅された受信アナログの受信信号をからディジタルに変換するＡ／Ｄ変換部１２ｂと、ディジタルの受信信号から実数データ（Ｉ）と虚数データ（Ｑ）を検波するＩ／Ｑ検波部１２ｃと、直交座標データである実数データと虚数データを極座標変換して振幅値（ｒ）と位相値（θ）を出力する極座標変換部１２ｄと、振幅値のデータを２値化する２値化処理部１２ｅと、位相値のデータを遅延させて出力する位相遅延調整部１２ｆと、２値化された振幅値のデータと遅延された位相値のデータからプリアンブルを検出する検出位相相関部１２ｇと、２値化されたデータとプリアンブルの検出結果を利用して受信信号をデコードするデコード部１２ｈとを有している。 As shown in FIG. 2, the signal processing unit 12 includes an amplifier 12a that amplifies a reception signal of IF data input from the reception unit 11, and an A / D conversion unit that converts the amplified reception analog reception signal to digital. 12b, an I / Q detection unit 12c for detecting real number data (I) and imaginary number data (Q) from a digital received signal, and an amplitude value (r) by converting the real number data and imaginary number data as orthogonal coordinate data into polar coordinates. A polar coordinate conversion unit 12d that outputs the phase value (θ), a binarization processing unit 12e that binarizes the amplitude value data, a phase delay adjustment unit 12f that delays and outputs the phase value data, and 2 A detection phase correlator 12g that detects a preamble from the data of the amplitude value and the data of the delayed phase value, and decodes the received signal using the binarized data and the detection result of the preamble. And a decoding unit 12h for.

具体的には、極座標変換部１２ｄからは、２値化処理部１２ｅへ図３（ａ）に示すようなパルスの振幅値（ｒ）が出力されるとともに、位相遅延調整部１２ｆへ図３（ｂ）に示すような位相値（θ）が出力される。 Specifically, the polar coordinate conversion unit 12d outputs the amplitude value (r) of the pulse as shown in FIG. 3A to the binarization processing unit 12e and also outputs to the phase delay adjustment unit 12f FIG. A phase value (θ) as shown in b) is output.

２値化処理部１２ｅは、２値化した振幅値のデータを検出位相相関部１２ｇとデコード部１２ｈとに出力する。 The binarization processing unit 12e outputs binarized amplitude value data to the detection phase correlation unit 12g and the decoding unit 12h.

２値化処理部１２ｅでは、入力した振幅値のデータを２値化して検出位相相関部１２ｇに出力するが、図３（ｃ）に示すような２値化されたデータが出力されるまでに、遅延が生じる。したがって、位相遅延調整部１２ｆでは、図３（ｄ）に示すように２値化処理部１２ｅの処理の遅延に合わせて位相値のデータを遅延させて、２値化処理部１２ｅから出力される２値化データと同期させて検出位相相関部１２ｇに出力する。 The binarization processing unit 12e binarizes the input amplitude value data and outputs the binarized data to the detection phase correlation unit 12g. By the time the binarized data as shown in FIG. A delay occurs. Therefore, in the phase delay adjustment unit 12f, as shown in FIG. 3D, the phase value data is delayed in accordance with the processing delay of the binarization processing unit 12e and output from the binarization processing unit 12e. The data is output to the detection phase correlator 12g in synchronization with the binarized data.

検出位相相関部１２ｇは、パルスを検出する検出手段１２１と検出したパルスの適否を判定するための位相相関処理を実行する相関処理手段１２２とを有している。 The detected phase correlation unit 12g includes a detection unit 121 that detects a pulse and a correlation processing unit 122 that performs a phase correlation process for determining the suitability of the detected pulse.

検出手段１２１は、２値化処理部１２ｅから入力した２値化された振幅値のデータから、上述した基準パターンのパルスを検出する。また、検出手段１２１は、検出したプリアンブルの位相データを監視処理部１３へ出力する。 The detection unit 121 detects the pulse of the reference pattern described above from the binarized amplitude value data input from the binarization processing unit 12e. In addition, the detection unit 121 outputs the detected preamble phase data to the monitoring processing unit 13.

相関処理手段１２２は、検出手段１２１で基準パターンのパルスが検出されると、この基準パターンを形成する各パルスの中央の位相値を抽出し、抽出した各位相値をそれぞれメモリに記憶する。図３に示す例では、第１パルスの位相値（θ1）として「６０」が抽出され（図３（ｅ））、第２パルスの位相値（θ2）として「６１」が抽出され（図３（ｆ））、第３パルスの位相値（θ3）として「６４」が抽出され（図３（ｇ））、第４パルスの位相値（θ4）として「５７」が抽出されている（図３（ｈ））。 When the detection unit 121 detects the pulse of the reference pattern, the correlation processing unit 122 extracts the phase value at the center of each pulse forming the reference pattern, and stores the extracted phase value in the memory. In the example shown in FIG. 3, “60” is extracted as the phase value (θ1) of the first pulse (FIG. 3E), and “61” is extracted as the phase value (θ2) of the second pulse (FIG. 3). (F)), “64” is extracted as the phase value (θ3) of the third pulse (FIG. 3G), and “57” is extracted as the phase value (θ4) of the fourth pulse (FIG. 3). (H)).

その後、相関処理手段１２２では、抽出された４つの位相値の最大値と最小値との差が予め定められる所定値（位相レベル）以下の場合にのみ、位相相関があり、プリアンブルが検出されたと判定する。また、相関処理手段１２２は、プリアンブルが検出されたと判定されると、プリアンブルの検出有の信号をデコード部１２ｈに出力する。 Thereafter, the correlation processing means 122 assumes that there is a phase correlation and the preamble is detected only when the difference between the maximum value and the minimum value of the four extracted phase values is equal to or less than a predetermined value (phase level). judge. Further, when it is determined that the preamble has been detected, the correlation processing unit 122 outputs a signal with a preamble detected to the decoding unit 12h.

位相値は、信号の送信場所から受信場所までの距離を特定することができ、同一の航空機から送信される複数のパルスの位相値は、ほぼ同一になる。すなわち、拡張スキッタのプリアンブルである場合には、一の航空機から送信されるため、飛行によって移動しているものの、各パルスの位相値θ1〜θ4には相関性を有していることになる。そのため、プリアンブルであると判定することができる条件として、同一の航空機から送信されたと判定することができる位相値の最大値と最小値との差を位相レベルとして予め設定し、相関処理手段１２２では、この条件を満たした場合にプリアンブルであるとする。 The phase value can specify the distance from the signal transmission location to the reception location, and the phase values of a plurality of pulses transmitted from the same aircraft are substantially the same. That is, in the case of the preamble of the extended squitter, since it is transmitted from one aircraft, the phase values θ1 to θ4 of each pulse have a correlation although they are moved by flight. Therefore, as a condition for determining the preamble, the difference between the maximum value and the minimum value of the phase value that can be determined to be transmitted from the same aircraft is set in advance as the phase level, and the correlation processing unit 122 Suppose that the preamble is satisfied when this condition is satisfied.

一方、相関処理手段１２２では、抽出された４つの位相値の最大値と最小値との差が予め定められる所定値（位相レベル）以上の場合には、検出された基準パターンのパルスは位相相関がなく、検出された基準パターンのパルスはプリアンブルではないと判定し、プリアンブルの検出無の信号をデコード部１２ｈに出力する。なお、相関処理手段１２２では、その他、プリアンブルの検出有の信号を出力していないときには、プリアンブル検出無の信号を出力している。 On the other hand, in the correlation processing means 122, when the difference between the maximum value and the minimum value of the four extracted phase values is equal to or greater than a predetermined value (phase level), the detected reference pattern pulse is phase correlated. Therefore, it is determined that the detected pulse of the reference pattern is not a preamble, and a signal indicating that no preamble is detected is output to the decoding unit 12h. In addition, when the correlation processing means 122 does not output a signal with preamble detection, it outputs a signal without preamble detection.

デコード部１２ｈは、検出位相相関部１２ｇからプリアンブルの検出有の信号を入力すると、２値化処理部１２ｅから入力する振幅値の２値化データをデコードして得られたデータを監視処理部１３へ出力する。具体的には、デコード部１２ｈは、プリアンブルの第１パルスから８μｓの位置を開始データビットとし、この開始データビットから１１２μｓのデータブロックの間、１ビット当たり１μｓのマンチェスタコードのデコードを実行する。また、デコード部１２ｈは、デコードしたビットデータをパラレルに変換したデコードデータを受信データとして出力する。 When the decoding unit 12h receives a signal with preamble detection from the detection phase correlation unit 12g, the decoding unit 12h monitors the data obtained by decoding the binarized data of the amplitude value input from the binarization processing unit 12e. Output to. Specifically, the decoding unit 12h sets the position of 8 μs from the first pulse of the preamble as the start data bit, and decodes the Manchester code of 1 μs per bit during the data block of 112 μs from the start data bit. The decoding unit 12h outputs decoded data obtained by converting the decoded bit data into parallel data as received data.

監視処理部１３では、デコード部１２ｈから入力する受信データと検出位相相関部１２ｇから入力するプリアンブルの位相データを利用して、拡張スキッタを航空機の監視処理に利用する。 The monitoring processing unit 13 uses the extended squitter for aircraft monitoring processing by using the reception data input from the decoding unit 12h and the preamble phase data input from the detection phase correlation unit 12g.

なお、相関処理手段１２２で利用する位相レベルの値を無限大に設定した場合、図４に示した場合と同様に、基準パターンのパルスは全て拡張スキッタのプリアンブルと検出される。この場合でも、相関処理手段１２２から監視処理部１３へ各パルスの位相値θ1〜θ4が出力されるため、監視処理部１３において、入力した各位相値θ1〜θ4を利用して検出されたパルスが拡張スキッタのプリアンブルではないと判定することもできる。 When the value of the phase level used by the correlation processing unit 122 is set to infinity, all the pulses of the reference pattern are detected as the preamble of the extended squitter as in the case shown in FIG. Even in this case, since the phase values θ1 to θ4 of each pulse are output from the correlation processing means 122 to the monitoring processing unit 13, the pulses detected by the monitoring processing unit 13 using the input phase values θ1 to θ4. Can be determined not to be an extended squitter preamble.

上述したように、実施形態に係る拡張スキッタ受信装置１では、振幅値のデータで検出したパルスのみでプリアンブルを特定するのではなく、位相値の相関を利用して検出されたパルスがプリアンブルであるか否かを判定する。図４に示すように、位相値は利用せず、２値化された振幅値のデータのみ利用してプリアンブルを検出する方法では、ノイズ等であっても、プリアンブルの基準パターンと同一のパターンのパルスが発生した場合でもプリアンブルと検出される。これに対し、図２に示す拡張スキッタ受信装置１では、プリアンブルの検出に振幅値のデータと位相値のデータを利用することで、ノイズ等の場合には位相値のデータで相関が無となり、同一の航空機から送信されたパルスではないと判定することができるので、拡張スキッタのプリアンブルのみを確実に検出することができる。 As described above, in the extended squitter receiving apparatus 1 according to the embodiment, a preamble is not a pulse that is detected by using amplitude value data, but a pulse that is detected using phase value correlation is a preamble. It is determined whether or not. As shown in FIG. 4, in the method of detecting the preamble using only the binarized amplitude value data without using the phase value, even if it is noise or the like, the same pattern as the reference pattern of the preamble is used. Even when a pulse is generated, it is detected as a preamble. On the other hand, in the extended squitter receiving apparatus 1 shown in FIG. 2, the amplitude value data and the phase value data are used for the detection of the preamble, and in the case of noise or the like, there is no correlation in the phase value data. Since it can be determined that the pulses are not transmitted from the same aircraft, it is possible to reliably detect only the preamble of the extended squitter.

１…拡張スキッタ受信装置
１０…アンテナ
１１…受信部
１２…信号処理部
１２ａ…増幅器
１２ｂ…変換部
１２ｃ…検波部
１２ｄ…極座標変換部
１２ｅ…値化処理部
１２ｆ…位相遅延調整部
１２ｇ…検出位相相関部
１２１…検出手段
１２２…相関処理手段
１２ｈ…デコード部
１３…監視処理部
２０…アンテナ
２１…送受信部
２２…信号処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Extended squitter receiver 10 ... Antenna 11 ... Reception part 12 ... Signal processing part 12a ... Amplifier 12b ... Conversion part 12c ... Detection part 12d ... Polar coordinate conversion part 12e ... Value conversion processing part 12f ... Phase delay adjustment part 12g ... Detection phase Correlation unit 121 ... detection unit 122 ... correlation processing unit 12h ... decoding unit 13 ... monitoring processing unit 20 ... antenna 21 ... transmission / reception unit 22 ... signal processing unit

Claims

Detection means for inputting binary data obtained by binarizing amplitude value data for specifying a received signal and detecting the presence or absence of a predetermined pulse pattern for specifying the preamble of an extended squitter from the binary data; ,
Enter the data pulse of the phase values that constitute a predetermined pulse pattern, correlation processing means for determining whether the correlation of pulses constituting a predetermined pulse pattern from the phase data,
When the detection unit determines that the predetermined pulse pattern is present and the correlation processing unit determines that the correlation is present, the decoding unit decodes the binarized data into an extended squitter;
An extended squitter receiver characterized by comprising:

Detection means for inputting binary data obtained by binarizing amplitude value data for specifying a received signal and detecting the presence or absence of a predetermined pulse pattern for specifying the preamble of an extended squitter from the binary data; ,
When it is determined by the detection means that the predetermined pulse pattern is present, decoding means for decoding the binarized data into an extended squitter;
Inputs the phase value data of the pulses that make up the predetermined pulse pattern , determines the presence / absence of correlation of the pulses that make up the predetermined pulse pattern from the phase data, and outputs the determination result as a signal that determines the suitability of the preamble Correlation processing means to
An extended squitter receiver characterized by comprising:

Phase delay adjustment means for outputting phase value data for specifying a received signal in synchronization with the binarized data output from the binarization processing means;
3. The extended squitter receiving apparatus according to claim 1, wherein the correlation processing unit inputs phase value data output from the phase delay adjusting unit.

The correlation processing means determines that there is a correlation when a difference between a maximum value and a minimum value of a phase value of a pulse constituting the preamble of the extended squitter is a predetermined value or less, and a correlation is detected when the difference is a predetermined value or more. The extended squitter receiving apparatus according to claim 1, wherein the extended squitter receiving apparatus is determined to have no sexiness.