JP5622496B2 - 受信装置及び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信号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、航空機のトランスポンダから送信されるモードＳ応答信号を３箇所以上の異なる場所に設置される受信装置で受信し、各受信装置における同一信号の受信時刻の差から航空機の位置を特定するシステムである。マルチラテレーションシステムで利用する信号の種類は、ショートとロングに大別され、また、スキッタ、拡張スキッタ、オールコール応答信号及びロールコール応答信号に区分される。

マルチラテレーションシステムは、（１）主として航空機から送信される信号を使用する、（２）天候の影響を受けにくい信号も使用することができるため、天候によって性能が劣化しない、（３）現状の航空機が送信している信号を使用するため、航空機側で装置の追加や変更が不要である、（４）航空機の便名を特定するデータを含む信号を使用するため、航空機の便名を把握することができる等の特徴がある。そのため、マルチラテレーションシステムは、今後、広く利用されると考えられる。

マルチラテレーションシステムでは複数の受信装置における同一信号の受信時刻の差と各受信装置の設置位置を利用して航空機の位置を特定するため、各受信装置の時刻の同期や各受信装置の配置が重要である。

また、マルチラテレーションシステムでは質問に対して受信する応答ではなくトランスポンダが定期的に出力するスキッタや拡張スキッタ信号を利用するため、正確に信号を解読し、信頼性を判定することが重要である。すなわち、ＳＳＲ装置では、自身が送信した質問信号に対して応答信号を受信するため、どのような応答信号を受信するかを予測できるため、解読方法も特定されているとともに解読した信号の信頼性の判定も容易である。これに対し、マルチラテレーションシステムのように受信する複数の信号から必要な情報を選択して利用する受動型装置では、質問信号に対する応答信号を受信するものではなく、どのような信号を受信するかを予測することができない。したがって、マルチラテレーションシステムでは、受信した信号を受信信号の種類に応じた解読方法で解読する必要があるとともに、受信信号の信頼性も判定する必要があり、受信信号を正確に解読することが困難である。

上述したように、マルチラテレーションシステムでは、正確に解読されない受信信号や信頼性のない受信信号等のように有効でない信号を使用した場合には、航空機の正確な位置を特定することはできない。

特開２００７−２４８２９６号公報

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

したがって本発明は、受信した信号を正確に解読し、スキッタや拡張スキッタ以外のモードＳ応答信号の有効性を判断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を提供する。

本発明の実施形態に係る受信装置は、信号長判定手段、受渡手段、パリティデコード手段、信頼性判定手段及び有効判定手段を備える。信号長判定手段は、受信信号がショートとロングのいずれであるかを判定する。受渡手段は、信号長判定手段で判定された長さの信号を後段に出力する。パリティデコード手段は、受渡手段から入力する信号のパリティをデコードする。信頼性判定手段は、受渡手段から入力する信号のパルスのパターンを規定のパターンと比較し、受信信号の信頼性を判定する。有効判定手段は、パリティデコード手段のデコード結果と信頼性判定手段の判定結果とが所定の条件に該当するか否かにより、受信信号が有効であるか否かを判定する。

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。 実施形態に係る受信装置の構成について説明するブロック図である。 実施形態に係る受信装置が受信する信号について説明する図である。 実施形態に係る受信装置が受信する信号の種類について説明する図である。 実施形態に係る受信装置における受信信号の信頼性について説明する図である。 実施形態に係る受信装置における受信信号の信頼性の判定について説明する図である。

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及び受信装置について説明する。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２０から送信される信号を受信する複数の受信装置１０ａ〜１０ｃと、受信装置１０ａ〜１０ｃが受信した信号及び信号の受信時刻を入力して航空機２０の位置を測定する位置測定装置３０とが接続されている。

位置測定装置３０は、各受信装置１０ａ〜１０ｃが航空機２０から受信した信号及び信号の受信時刻を入力し、航空機２０から送信された同一の信号に関する受信時刻の差を利用して、航空機２０の位置を測定する。なお、図１では、位置測定装置３０には３台の受信装置１０ａ〜１０ｃが接続される例を示しているが、位置測定装置３０に接続される受信装置の数は３台以上であれば限定されない。

受信装置１０ａは、図２に示すように、アンテナ１０１、フィルタ１０２、Ｌｏｇ検波器１０３、Ａ／Ｄ変換器１０４、２値化処理手段１０５、プリアンブル検出手段１０６、パルスデコード手段１０７、信号長判定手段１０８、受渡手段１０９、パリティデコード手段１１０、信頼性判定手段１１１及び有効判定手段１１２を備えている。なお、図２では、受信装置１０ａの構成について説明するが、受信装置１０ｂ及び１０ｃも受信装置１０ａと同一の構成である。

アンテナ１０１は、航空機のトランスポンダ等から送信される信号を受信する。フィルタ１０２は、アンテナ１０１が受信した信号を入力し、入力した信号から不要な周波数成分を取り除く。Ｌｏｇ検波器１０３は、フィルタ１０２から出力される信号をＬｏｇ検波する。Ｌｏｇ検波器１０３から出力される信号はアナログ信号である。Ａ／Ｄ変換器１０４は、Ｌｏｇ検波器１０３から出力される信号をアナログからディジタルに変換する。２値化処理手段１０５は、ディジタルに変換された信号を２値化信号に処理する。

プリアンブル検出手段１０６は、２値化処理された信号からマルチラテレーションシステム１で対象とする信号のプリアンブルを検出する。マルチラテレーションシステム１が対象とする信号は、スキッタ、拡張スキッタ、オールコール応答信号、ロールコール応答信号等の特定のパターンのプリアンブルを有するモードＳの応答信号である。プリアンブル検出手段１０６は、２値化処理された信号からこの特定のパターンのプリアンブルを検出する。

具体的には、図３に示すように、マルチラテレーションシステム１の対象信号のプリアンブルのパターンは、８μｓの間に第１パルスから第４パルスの４つのパルスを有するパターンであって、第１パルスの立ち上がりから８μｓ以降がデータブロック（データパルス位置）となる。対象信号であるスキッタ、拡張スキッタ、オールコール応答信号、ロールコール応答信号等の信号は、５６ｂｉｔのショート又は１１２ｂｉｔのロングのいずれかであるが、ショートであってもロングであってもプリアンブルは同一である。

パルスデコード手段１０７は、２値化処理手段１０５から２値化された信号を入力するとともに、プリアンブル検出手段１０６からプリアンブルの検出結果を入力する。また、パルスデコード手段１０７は、プリアンブル検出手段１０６でプリアンブルが検出された場合、２値化された信号の第１パルスの立ち上がりから８μｓ以降をデコード処理し、デコード処理の結果を信号長判定手段１０８及び受渡手段１０９に出力する。マルチラテレーションシステム１の対象の信号はＰＰＭコード（Pulse Position Modulation）であり、１ｂｉｔは１μｓである。そのため、パルスデコード手段１０７は、図３に示すように、第１パルスの立ち上がりから８μｓ以降の各１μｓについて、前半の５００ｎｓ期間にパルスがある場合“１”とし、後半の５００ｎｓ期間にパルスがある場合“０”としてデコード処理の結果とする。

信号長判定手段１０８は、パルスデコード手段１０７でデコード処理された信号がショート又はロング応答のいずれであるかを判定し、判定結果を受渡手段１０９に出力する。具体的には、信号長判定手段１０８は、デコード処理された信号の先頭５ｂｉｔを利用してショート又はロングのいずれであるかを判定する。

ここで、図４に示すように、プリアンブルに続くデータブロックの先頭５ｂｉｔは、ショート又はロングのいずれであるかを特定することのできるＤＦフィールドである。例えば、ショートの信号は、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すようにＤＦフィールドが“０”、“４”、“５”、“１１”であり、ロングの信号は、図４（ｅ）〜図４（ｋ）に示すようにＤＦフィールドが“１６”、“１７”、“１８”、“１９”、“２０”、“２１”、“２４”である。なお、データブロックでは、ＤＦフィールドの後に航空機を識別する情報や航空機の高度等の情報を含んでいる。

受渡手段１０９は、信号長判定手段１０８の判定結果を利用してパルスデコード手段１０７でデコードされた信号をパリティデコード手段１１０と信頼性判定手段１１１に出力する。具体的には、ショートである判定結果を入力すると、受渡手段１０９は、第１パルスから５６ｂｉｔ分のデータをパリティデコード手段１１０と信頼性判定手段１１１に出力する。一方、ロングである判定結果を入力すると、受渡手段１０９は、第１パルスから１１２ｂｉｔ分のデータをパリティデコード手段１１０と信頼性判定手段１１１に出力する。

パリティデコード手段１１０は、受渡手段１０９から入力した信号のパリティを外して有効判定手段１１２に出力する。具体的には、パリティデコード手段１１０は、入力したデータの最後の２４ｂｉｔに付加されているパリティを外す。マルチラテレーション１が対象とする信号では、最後の２４ｂｉｔがＰＩフィールド又はＡＰフィールドであり、パリティの外されたデータは、このＰＩフィールド又はＡＰフィールドのデータである。

信頼性判定手段１１１は、受渡手段１０９から入力した信号の信頼性の有無を判定し、判定結果を出力する。具体的には、信頼性判定手段１１１は、ＤＦフィールドが所定の値の信号について、パルスデコード手段１０７でデコードされた信号の連続する各２ｂｉｔが、図５のパターンのいずれかに該当する場合には信号は信頼性有りと判定し、いずれにも該当しない場合には信号は信頼性無しと判定する。すなわち、信号の連続する２ｂｉｔは、“１０”、“１１”、“００”又は“０１”のいずれかであり、対象の信号はＰＰＭコードであるため、信号が正常な場合には、信号の連続する各２ｂｉｔは図６に示すようになる。一方、信号が異常な場合には、信号の連続する２ｂｉｔは図６（ａ）、（ｂ）に示すように、１ｂｉｔの中にパルスがなくなったり、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、１ｂｉｔ分のパルスよりもパルスが広くなる。したがって、図５に示すパターンのいずれかに該当する場合には信頼性有りと判定し、図５に示すパターンのいずれにも該当しない場合には信頼性無しと判定することができる。

ここで信頼性判定手段１１１が信頼性を判定する信号は、ＰＩフィールドを有していないＤＦ＝４、５、１９、２０、２１又は２４のスキッタ又は拡張スキッタ以外の信号である。ＰＩフィールドを利用した場合には航空機が通信対象とする装置を特定することにより信号の信頼性を判定することができるが、ＰＩフィールドを有していない場合には信号の信頼性を判定することができないからである。

有効判定手段１１２は、パリティデコード手段１１０でパリティが外された信号と、信頼性判定手段１１１の判定結果を利用して信号の有効性を判定する。この有効判定手段１１２は、ＤＦフィールド毎に規定される判定方法で有効性を判定する。具体的には、（１）有効判定手段１１２は、ＤＦ＝１１の場合、ＰＩ＝０（ショートスキッタ）又はＰＩ＝近隣のサイトＩＤ（近隣のレーダからの質問に対するオールコール応答）であるときには信号は有効であると判定し、それ以外のときには信号は無効であると判定する。（２）また、有効判定手段１１２は、ＤＦ＝４、５、１９、２０、２１又は２４の場合、信頼性判定手段１１１から信頼性有りの判定結果を入力したときには、信号は有効であると判定し、信頼性無しの判定結果を入力したときには、信号は無効であると判定する。（３）さらに、有効判定手段１１２は、ＤＦ＝１７、１８の場合、ＰＩ＝０（拡張スキッタ）であるときには信号は有効であると判定し、それ以外のときには信号は無効であると判定する。

その他、有効判定手段１１２では、後段の処理で使用する信号を選択してもよい。例えば、スキッタ（ＤＦ＝１１）と拡張スキッタ（ＤＦ＝１７、１８）のみ使用するように設定された場合、有効判定手段１１２は、ＤＦ＝１１かつＰＩ＝０、ＤＦ＝１７かつＰＩ＝０、ＤＦ＝１８かつＰＩ＝０の信号のみその後の処理に使用させるようにしてもよい。また、全ての有効な信号を使用するように設定された場合は、有効と判定した全ての信号を使用させることができる。

このように、実施形態に係るマルチラテレーションシステム１及び受信装置１０ａ〜１０ｃでは、ショート又はロングのいずれであるかを判定して適切な信号長のパルスで選択された受信信号を使用することで、スキッタ又は拡張スキッタ以外の信号も有効な情報として位置測定に利用することができる。したがって、位置測定に利用する情報を増加させることができ、飛行位置を特定することのできる航空機の数を増加させることができる。

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
１０ａ〜１０ｃ…受信装置
２０…航空機
３０…位置測定装置
１０１…アンテナ
１０２…フィルタ
１０３…Ｌｏｇ検波器
１０４…変換器
１０５…値化処理手段
１０６…プリアンブル検出手段
１０７…パルスデコード手段
１０８…信号長判定手段
１０９…受渡手段
１１０…パリティデコード手段
１１１…信頼性判定手段
１１２…有効判定手段

Claims (4)

1. 所定のプリアンブルを有する受信信号がショートとロングのいずれであるかを判定する信号長判定手段と、
   前記信号長判定手段で判定された長さの信号をその後段に出力する受渡手段と、
   前記受渡手段から入力する信号の前記プリアンブルに続く５ｂｉｔが所定の信号について、連続する２ｂｉｔのパルスをＰＰＭコードで規定されるパルスパターンと比較し、当該パルスパターンに該当するか否かに応じて受信信号の信頼性を判定する信頼性判定手段と、
   前記受渡手段が出力した信号又は前記信頼性判定手段の判定結果が所定の条件に該当するか否かにより、受信信号が有効であるか否かを判定する有効判定手段と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記信号長判定手段は、前記プリアンブルに続く５ｂｉｔを利用して受信信号がショートとロングのいずれかであるかを判定し、
   前記受渡手段は、ショートであるときは前記プリアンブルを含む５６ｂｉｔの信号を出力し、ロングであるときは前記プリアンブルを含む１１２ｂｉｔの信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
3. 前記有効判定手段は、前記プリアンブルに続く５ｂｉｔの値毎に定められた条件に応じて、前記受渡手段が出力した信号の最後の２４ｂｉｔ又は信頼性判定手段の判定結果が所定の条件に該当するか否かを判定することを特徴とする請求項１又は２記載の受信装置。
4. 異なる位置に配置され、航空機から送信される信号を受信する複数の受信装置と、前記複数の受信装置が航空機から送信された同一信号の受信時刻の差を利用して、前記航空機の位置を測定する位置測定装置とを有するマルチラテレーションシステムであって、
   前記受信装置は、請求項１乃至３のいずれか記載の受信装置である
   ことを特徴とするマルチラテレーションシステム。

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