JP5733803B2

JP5733803B2 - レーダリンク装置

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Publication number: JP5733803B2
Application number: JP2013111530A
Authority: JP
Inventors: 格一塩見; 青山　秀次; 秀次青山
Original assignee: 有限会社アイ・アール・ティー
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-05-28
Also published as: JP2014231995A

Description

本発明は、一次又は二次の監視レーダシステム、気象レーダシステム等のレーダシステムのレーダ発信機が出力する探索パルスを利用して、航空機、船舶、雲、建物等の反射体の位置を検出することが可能なレーダリンク装置に関する。

航空機の位置は、国土交通省航空局（以下、単に「航空局」という）の一次又は二次の監視レーダシステムによって監視され（特許文献１参照）、積乱雲の位置は、気象庁の気象レーダーシステムによって監視されている（特許文献２参照）。これら以外にも、種々の探索対象が、様々な監視局の下、のレーダーシステムによって監視されている。

特開平０８−１７９０３９号（段落［０００１］，［０００２］）特開２００２−３２８１７７号（請求項４）

ところで、例えば航空機の騒音調査のためには、航空機の飛行位置を知る必要が生じたり、爆弾低気圧の被害を抑えるべく地域ごとに積乱雲の位置を知る必要が生じる場合がある。しかしながら、他人のレーダーシステムによる探索結果の生情報を譲り受けることは容易ではなく、そのような生情報は高価でもある。また、広範囲に亘って届く探索パルスを出力可能なレーダ発信機は、価格も消費電力も高く、そもそも電波法による規制のために設置することも困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、低コストかつ容易に所望の反射体の位置を探索可能なレーダリンク装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るレーダリンク装置は、一次監視レーダシステム、二次監視レーダシステム、気象レーダシステム、空港面検知レーダシステム及び船舶レーダシステムその他のレーダシステムのレーダ発信機から離れた遠隔地に配置され、レーダ発信機のアンテナが一回転する間に複数回に亘って送信する探索用パルス波を利用して、航空機、船舶、雲及び建物その他の反射体の位置を検出するレーダリンク装置であって、探索用パルス波を受信するパルス波受信部と、探索用パルス波を受信する度に、その受信時刻と受信強度の情報を含んだパルス波データを生成するパルス波データ生成部と、探索用パルス波の受信強度に基づいて、探索用パルス波が反射も経ずに受信した非反射パルス波であるか、反射を経て受信した反射パルス波であるかを判別して、パルス波データを、非反射パルス波に対応した非反射パルス波データと、反射パルス波に対応した反射パルス波データとに分別する受信波分別手段と、レーダ発信機のアンテナからレーダリンク装置までの距離と光の速度とから非反射パルス波データに含まれる探索用パルス波の受信時刻を探索用パルス波の発射時刻に変換する発射時刻演算手段と、発射時刻と受信時刻の差分が予め定められた一定時間以内である非反射パルス波データと反射パルス波データとをペアリングするペアリング手段と、非反射パルス波データ同士の間で最大の受信強度の非反射パルス波データの発射時刻と、反射パルス波データ同士の間で最大の受信強度の反射パルス波データに対するペアリング相手の非反射パルス波データの発射時刻との差分に基づいて、レーダ発信機のアンテナが反射体に正対したときのアンテナの向きを演算するアンテナ方向演算手段と、ペアリングされた反射パルス波データと非反射パルス波データとの受信時刻と発射時刻との差分と光速度とに基づいて反射体が位置し得る楕円球を特定すると共に、アンテナ方向演算手段にて演算したアンテナの向きから楕円球上の反射体の位置を演算する位置演算手段とを備えたところに特徴を有する。

請求項２のレーダリンク装置は、請求項１に記載のレーダリンク装置において、ペアリングされた反射パルス波データと非反射パルス波データとに対応した両探索用パルス波の搬送波がパルス波受信部に受信されたときの、それら両搬送波同士の間の周波数又は位相のズレを検出する受信差検出部と、受信差検出部の検出結果に基づき、反射体の移動の有無又は表面状態を検出する特性検出部とを備えたところに特徴を有する。

請求項３のレーダリンク装置は、請求項１又は２に記載のレーダリンク装置において、パルス波受信部は、レーダ発信機がＦＭチャープした搬送波で変調した探索用パルス波を復調するように構成されているところに特徴を有する。

請求項１のレーダリンク装置では、レーダ発信機から送信される複数の探索用パルス波を受信して、その受信時刻と受信強度の情報を含んだパルス波データを生成し、それらの受信強度に基づいてパルス波データを反射も経ずに受信した非反射パルス波に対応した非反射パルス波データと、反射を経て受信した反射パルス波に対応した反射パルス波データとに分別する。また、レーダ発信機のアンテナからレーダリンク装置までの距離と光の速度とから非反射パルス波データに含まれる探索用パルス波の受信時刻を発射時刻に変換し、発射時刻と受信時刻の差分が予め定められた一定時間以内である非反射パルス波データと反射パルス波データとをペアリングする。さらに、最大の受信強度の非反射パルス波データの発射時刻と、最大の受信強度の反射パルス波データに対するペアリング相手の非反射パルス波データの発射時刻との差分に基づいて、レーダ発信機のアンテナが反射体に正対したときのアンテナの向きを演算する。そして、ペアリングされた反射パルス波データと非反射パルス波データとの受信時刻と発射時刻との差分と光速度とに基づいて反射体が位置し得る楕円球を特定すると共に、アンテナが反射体に正対したときのアンテナの向きから楕円球上の反射体の位置を演算する。このように、本発明のレーダリンク装置によれば、レーダシステムにリンクして低コストかつ容易に所望の反射体の位置を探索することができる。

請求項２のレーダリンク装置によれば、ペアリングされた反射パルス波データと非反射パルス波データとに対応した両探索用パルス波における搬送波の周波数又は位相のズレに基づき、反射体の移動の有無又は表面状態を検出することができる。

請求項３のレーダリンク装置では、ＦＭチャープされたレーダ発信機を有するレーダシステムにもリンクすることができる。

本発明の第１実施形態に係る飛行場とレーダリンク装置の概念図（Ａ）ＳＳＲ送受信機が出力する質問信号群の概念図，（Ｂ）Ａ質問信号の概念図，（Ｃ）Ｃ質問信号の概念図ＳＳＲパルス波の受信強度とアンテナの向きとの関係を示した概念図（Ａ）１つのＳＳＲ送受信機の質問信号群を第１受信装置で受信したときの受信強度の変化を示す概念図，（Ｂ）２つのＳＳＲ送受信機の質問信号群を第１受信装置で受信したときの受信強度の変化を示す概念図パルス波形の形状の相違を示した概念図レーダリンク装置全体の構成を示した概念図受信回路の構成を示したブロック図信号処理回路の構成を示したブロック図航空機の位置検出の原理を示した概念図データの信頼性を判別する原理を示した概念図第２実施形態のレーダリンク装置全体における受信回路等のブロック図

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１の符号１０Ｒは、飛行場の航空局に設けられた一般的なレーダ発信塔であって、ＰＳＲ（ＰｒｉｍａｒｙＳｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅＲａｄａｒ）送受信機１１の送受信用のアンテナ１１Ａと、ＳＳＲ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＳｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅＲａｄａｒ）送受信機１２の送受信用のアンテナ１２Ａと、ＳＳＲに付属のＳＬＳ（ＳｉｄｅＬｏｂｅＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）送信機１３の送信用のアンテナ１３Ａとを備えている。なお、飛行場には、レーダ発信塔１０Ｒを１つだけ備えた飛行場と、レーダ発信塔１０Ｒを２つ以上備えた飛行場とがある。

ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａは、例えば１回転４秒の周期で回転し、図２（Ａ）に示すように、例えば５［ｍｓｅｃ］の一定周期でＡ質問信号又はＣ質問信号とを送信する。また、ＳＳＲ送受信機１２によるＡ質問信号とＣ質問信号の送信パターンには、Ａ質問とＣ質問とを交互に送信するパターンや、「Ａ質問・Ａ質問・Ｃ質問」のパターンや「Ａ質問・Ｃ質問・Ｃ質問」のパターンのように複数のパターンがあり、２つのレーダ発信塔１０Ｒ，１０Ｒを備えた飛行場では、通常、両レーダ発信塔１０Ｒ，１０ＲのＳＳＲ送受信機１２，１２によるＡ質問信号及びＣ質問信号の送信パターンが異なっている。

Ａ質問信号は、図２（Ｂ）に示すように、８［μｓｅｃ］の間隔を開けた２つのパルス波で構成され、Ｃ質問信号は、図２（Ｃ）に示すように、２１［μｓｅｃ］の間隔を開けた２つのパルス波で構成されている。そして、ＳＳＲ送受信機１２は、Ａ質問信号及びＣ質問信号を構成する各パルス波を、１０３０［ＭＨｚ］の搬送波で変調し、１．０［ｋｗ］の出力強度で出力している。以下、ＳＳＲ送受信機１２が出力するパルス波を、適宜、「ＳＳＲパルス波」という。なお、ＳＳＲ送受信機１２，１２を２つ備えた飛行場では、一般に、２つのＳＳＲ送受信機１２，１２がＡ質問信号及びＣ質問信号を送信するパルス繰り返し周波数が異なっている。即ち、２つのＳＳＲ送受信機１２，１２のパルス繰返周波数を異なっている。

ここで、図３には、ＳＳＲ送受信機１２から一定距離に離れた位置に設置された受信機でＳＳＲパルス波を受信した際の受信強度と、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａの回転位置との関係が模式的に示されている。同図では、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａが受信機に正対した位置を回転角原点とし、そこからＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａを回転したときの各回転角度毎の受信強度が、同図の原点Ｐ１から距離にして示されている。同図に示すように、ＳＳＲパルス波の受信強度は、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａが回転角原点に位置したときに最も大きくなるが、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａが何れの方向を向いていてもＳＳＲ送受信機１２から輻射されたＳＳＲパルス波が受信機に受信される。このため、ＳＳＲ送受信機１２からのＳＳＲパルス波だけでは、受信機は、ＳＳＲ送受信機１２から離れているためにＳＳＲパルス波の受信強度が低いのか、ＳＳＲ送受信機１２と正対していないためにＳＳＲパルス波の受信強度が低いのかを判別できない。

そこで、受信機が、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａが回転角原点で出力したＳＳＲパルス波を受信したか、回転角原点以外の位置で出力したＳＳＲパルス波を受信したかを判別可能とするために、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示すように、Ａ質問信号の最初のＳＳＲパルス波の出力タイミングから２［μｓｅｃ］後、及び、Ｃ質問信号の最初のＳＳＲパルス波の出力タイミングから２［μｓｅｃ］後に、それぞれ、ＳＬＳ送信機１３が、パルス波（以下、適宜「ＳＬＳパルス波」という）を、ＳＳＲ送受信機１２と同じ１０３０［ＭＨｚ］の搬送波で変調して上空全方向に出力している。

また、そのＳＬＳ送信機１３によるＳＬＳパルス波の出力強度は、ＳＳＲ送受信機１２によるＳＳＲパルス波の出力強度（１．０［ｋｗ］）より小さくなっている。具体的には、ＳＳＲ送受信機１２と受信機とが正対した回転角原点から数度以内の範囲（以下、「正対範囲」という）で、ＳＳＲパルス波がＳＬＳパルス波より高い受信強度になり、正対範囲の外側では、ＳＳＲパルス波がＳＬＳパルス波より低い受信強度になるようにＳＬＳ送信機１３の出力強度が設定されている。なお、ＳＳＲ送受信機１２は、４秒で１回転しているので、上記した正対範囲は、時間にして数十［ｍｓｅｃ］に相当する。

一般に航空機（例えば、飛行機、ヘリコプター、飛行船、気球）には、ＳＳＲ送受信機１２からのＡ質問信号とＣ質問信号に返答するためのトランスポンダ１９（図１参照）が搭載されている。このトランスポンダ１９は、１０３０［ＭＨｚ］の周波数で、２つのパルス波を受信した場合に、それらのうち後のパルス波に対する先のパルス波の受信強度の比（以下、「２パルス受信強度比」という）が予め定められた一定の基準比と一定の許容誤差範囲内で一致していた場合にのみ往信する。具体的には、トランスポンダ１９は、Ａ質問信号を受信した場合には、そのＡ質問信号を構成する最後のＳＳＲパルス波を受信したタイミングから予め決められた応答遅れ時間後のタイミングで航空機の「ＩＤナンバー」の回答信号を出力すると共に、Ｃ質問信号を受けた場合には、そのＣ質問信号を構成する最後の正対ＳＳＲパルス波を受信したタイミングから前記応答遅れ時間後のタイミングで航空機の「飛行高度」の回答信号を出力する。また、それら「ＩＤナンバー」及び「飛行高度」の回答信号は複数のパルス波で構成され、トランスポンダ１９は、それらパルス波を１０９０［ＭＨｚ］の搬送波で変調して出力する。すると、それら回答信号が飛行場に設置されたＳＳＲ送受信機１２で受信され、これにより航空局は、何れのＩＤナンバーの航空機がどの位置を飛行しているかを検出して管理することができるようになっている。

ＰＳＲ送受信機１１のアンテナ１１Ａは、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａと一体回転している。また、ＰＳＲ送受信機１１は、例えば２．５［ｍｓｅｃ］の周期で探索用パルス波（以下、「ＰＳＲパルス波」という）を２７８０［ＭＨｚ］の搬送波で変調して、例えば３０［ｋｗ］で出力している。そして、ＰＳＲパルス波が航空機で反射したときの反射波が、飛行場の敷地内に設置されたＰＳＲ送受信機１１で受信され、これにより航空局は、トランスポンダ１９が故障した航空機や、トランスポンダ１９を有しない航空機の位置を検出して管理することができるようになっている。

さて、本実施形態のレーダリンク装置２０は、ＳＳＲパルス波を利用して、航空機、建物、雲等の任意の反射体の位置を検出するものであって、図６に示すようにパルス波受信アンテナ２０Ａと、受信回路２２と、ＧＰＳモジュール２３と、Ａ／Ｄコンバーター２４と、信号処理回路２５と、ＷｉＭＡＸ端末２６と、モニタ２７と、操作部２８とを備えている。そして、このレーダリンク装置２０を使用する場合には、例えば、飛行場から離れた遠隔の地（例えば、飛行場から１０〜１００［ｋｍ］離れた位置）において、レーダ発信塔１０ＲからのＳＳＲパルス波を直接受信可能な位置に配置する。また、パルス波受信アンテナ２０Ａをパラボラアンテナにした場合には、レーダ発信塔１０Ｒに向けた状態にしておく。

受信回路２２は、高周波（１０３０［ＭＨｚ］）の搬送波にＳＳＲパルス波及びＳＬＳパルス波が載った受信信号を、スーパーへテロダイン方式にて中間周波（ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＩＦ）の受信信号に変換してから、ＳＳＲパルス波等を復調する。具体的には、図７に示すように、受信回路２２は、搬送波の周波数（１０３０［ＭＨｚ］）より僅かに小さい周波数（例えば、９７５［ＭＨｚ］）のローカル信号を生成するローカル発信器２２Ａを備えている。そして、パルス波受信アンテナ２０Ａを通して取り込んだ高周波の受信信号を、増幅器２２Ｂ、第１バンドパスフィルタ２２Ｃ及びゲイン制御回路２２Ｄに通してからミキサー２２Ｅにてローカル信号とミキシングし、第２バンドパスフィルタ２２Ｆを通すことで、搬送波の周波数からローカル信号の周波数を差し引いた中間周波数（例えば、５５［ＭＨｚ］）の受信信号に変換している。そして、その中間周波数の受信心号をログアンプ２２Ｇにてレベル検波して原信号（変調波）であるＳＳＲパルス波とＳＬＳパルス波とを取り出す。その取り出されたＳＳＲパルス波等は、Ａ／Ｄコンバーター２４にて、例えば０．１〜０．３［μｓｅｃ］の一定のサンプリング周期でデジタルの受信信号に変換されて信号処理回路２５に取り込まれる。

図６に示したＧＰＳモジュール２３は、複数のＧＰＳ衛星から取得した時間情報に基づいて演算した位置情報とＧＰＳ時刻情報とを信号処理回路２５に付与する。信号処理回路２５は、ＣＰＵ２５ＡとＲＡＭ２５ＢとＲＯＭ２５Ｃとフラッシュメモリ２５Ｄとを備えている。そして、レーダリンク装置２０を起動すると、ＣＰＵ２５Ａが、ＲＯＭ２５Ｃに記憶した初期設定プログラムを実行し、作業者にレーダ発信塔１０Ｒの設置位置データと、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａの回転向き（上方から見て時計回りか、反時計回りか）と、ＳＳＲ送受信機１２及びＳＬＳ送信機１３の各パルス繰返周波数（ＰＰＳ）の入力を求める。ここで、レーダ発信塔１０Ｒの位置は地図で知ることができ、アンテナの回転向き、ＳＳＲ送受信機１２及びＳＬＳ送信機１３のパルス繰返周波数の仕様データは、予め別途計測して知ることができる。作業者は、レーダ発信塔１０Ｒを１つ備えた飛行場では、その１つのレーダ発信塔１０Ｒの位置データを入力すると共に、ＳＳＲ送受信機１２及びＳＬＳ送信機１３の各パルス繰返周波数の仕様データを入力する。また、レーダ発信塔１０Ｒを２つ備えた飛行場では、各レーダ発信塔１０Ｒ毎の位置データと、各ＳＳＲ送受信機１２毎及び各ＳＬＳ送信機１３毎のパルス繰返周波数の仕様データを入力する。すると、ＣＰＵ２５Ａが、それら入力データをフラッシュメモリ２５Ｄに書き込むと共に、上記した位置データとＧＰＳモジュール２３からの位置情報とに基づいてＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａがレーダリンク装置２０に正対したときの向き、即ち、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａの回転角原点における向きを特定する原点向データを演算する。

初期設定プログラムを終了すると、ＣＰＵ２５Ａは、例えばＲＯＭ２５Ｃに記憶した時間計測プログラム、タイムスタンププログラム、パルス分別プログラム及び原点マーキングプログラム等の複数のプログラムを、所定周期（例えば０．０５［μｓｅｃ］）で並行して実行する。これにより、ＣＰＵ２５Ａは、図８に示したＧＰＳ時計３０、タイムスタンプ部３１、パルス分別部３２、マーキング部３３と、データペアリング部６６と、位置演算部６７として機能する。

ＧＰＳ時計３０は、ＧＰＳ時刻情報に基づいて例えば０．０１［μｓｅｃ］の精度で時刻を刻む時計である。また、タイムスタンプ部３１は、受信信号の受信時刻をＡ／Ｄコンバーター２４のサンプリング周期毎にＧＰＳ時計３０にて求め、それら受信時刻と受信強度とを対応付けた時刻・強度データを生成する。

パルス分別部３２は、受信回路２２から受け取ったパルス波のうち受信強度が予め定められた一定時間以上に亘って第１の閾値以上の値になったものを抽出し、それら抽出した各パルス波に対応したパルス波データをそれぞれ生成する。そして、パルス波データ群を、レーダ発信塔１０Ｒから１度の反射も経ずにレーダリンク装置２０に受信されたパルス波の非反射パルス波データ群と、１度以上の反射を経てレーダリンク装置２０に受信されたパルス波の反射パルス波データ群とに分別する。

そのために、まずは、パルス波の波高値が一定時間以上に亘って第２の閾値以上の値になったパルス波のパルス波データを抽出する。その第２の閾値は、ＳＬＳ送信機１３から送信された後、１度の反射も経ずにレーダリンク装置２０に受信されたＳＬＳパルス波と、アンテナ１２Ａが概ねレーダリンク装置２０側を向いた状態で送信されかつ１度の反射も経ずにレーダリンク装置２０に受信されたＳＳＲパルス波との各波高値は超えるが、１度以上の反射を経て受信されたＳＬＳパルス波やＳＳＲパルス波や、また、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａがレーダリンク装置２０側を向いていない状態で送信されたＳＳＲパルス波の波高値は、何れも超えないように設定されている。

そして、波高値が第２の閾値を超えたパルス波のパルス波データ群を、フラッシュメモリ２５Ｄに記憶されたパルス繰返周波数の仕様データに基づいて、ＳＳＲとＳＬＳの各パルス波データ群に分別し、さらに、２つの各ＳＳＲ送受信機１２及び２つのＳＬＳ送信機１３のパルス繰返周波数の仕様データがフラッシュメモリ２５Ｄに記憶されている場合には、第１のＳＳＲのパルス波データ群、第２のＳＳＲのパルス波データ群、第１のＳＬＳのパルス波データ群、及び、第２のＳＬＳのパルス波データ群に分別する。

ここで、受信信号に含まれるパルス波群が密集又は重畳しているために、パルス繰返周波数の仕様データでは、上記した分別を行えない場合がある。そのような場合には、各送受信機に固有のパルス波の形状に基づいてパルス波群を分別する。具体的には、同じ構造のＳＳＲ送受信機１２，１２同士であっても、各ＳＳＲ送受信機１２の電波伝搬経路のばらつき等によりパルス波の形状が相違する。２つのＳＬＳ送信機１３，１３同士の間でも同様であり、ＳＳＲ送受信機１２とＳＬＳ送信機１３との間でも同様である。よって、例えば、レーダ発信塔１０Ｒを２つ備えた飛行場に向けて設置したレーダリンク装置２０にて抽出されるパルス波群は、相似形のパルス波を同一種類とすると、図５に示すように、４種類の形状のパルス波群に分別することができる。

そこで、パルス分別部３２は、波高値が第２の閾値を超えたパルス波群のうち例えば、パルス波に含まれる頂点の数と、頂点同士の間の時間差と、頂点同士の間の受信強度差とが同じパルス波を、同じ送信機から出力された同一グループのパルス波と推定して、波高値が第２の閾値を超えたパルス波のパルス波データ群を、第１のＳＳＲのパルス波データ群、第２のＳＳＲのパルス波データ群、第１のＳＬＳのパルス波データ群、及び、第２のＳＬＳのパルス波データ群に分別する。

次いで、パルス分別部３２は、波高値が第２の閾値を超えていないパルス波のパルス波データ群のうち、波高値が第２の閾値を超えたＳＳＲのパルス波群及びＳＬＳパルス波群と、同周期で受信されたパルス波群のパルス波データ群を、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａから送信後、１度の反射も経ずにレーダリンク装置２０に受信されたＳＳＲ及びＳＬＳの非反射パルス波データ群とする一方、それ以外のパルス波群のパルス波データ群を、１度の反射を経てレーダリンク装置２０に受信されたＳＳＲ又はＳＬＳの反射パルス波データ群として分別する。

なお、２度以上の反射を経てレーダリンク装置２０に受信されたパルス波に関しては、そもそもそれらの多くは第１の閾値を超えず、仮に超えたとしてもそのデータ数は少ないので、後述の位置演算部６７による位置特定の処理における影響は小さい。このため、上記したように反射パルス波データは、全て１度の反射を経て受信されたパルス波のものであるとしても、問題は生じない。

次いで、パルス分別部３２は、反射パルス波データを、上記処理と同様に、第１のＳＳＲのパルス波データ群、第２のＳＳＲのパルス波データ群、第１のＳＬＳのパルス波データ群、及び、第２のＳＬＳのパルス波データ群に分別する。

このようにして、パルス分別部３２は、レーダリンク装置２０に受信されたパルス波のパルス波データ群を、１度の反射も経ずにレーダリンク装置２０に受信されたパルス波の非反射パルス波データ群と、１度の反射を経ずてレーダリンク装置２０に受信されたパルス波の反射パルス波データ群とに大分別すると共に、それら非反射パルス波データ群と反射パルス波データ群とを、それぞれ、第１のＳＳＲの反射又は非反射のパルス波データ群、第２のＳＳＲの反射又は非反射のパルス波データ群、第１のＳＬＳの反射又は非反射のパルス波データ群、及び、第２のＳＬＳの反射又は非反射のパルス波データ群のように分別する。そして、パルス分別部３２は、各反射パルス波データに対して、その反射パルス波の立ち上がりタイミングの受信時刻と、反射パルス波の受信強度の最大値とを付け加える。一方、各非反射パルス波データに対しては、その非反射パルス波の立ち上がりタイミングの受信時刻に対してＳＳＲ送受信機１２とレーダリンク装置２０との間の距離を光が進む時間分だけ遡った発射時刻と、非反射パルス波の受信強度の最大値とを付け加える。

マーキング部３３は、ＳＳＲの非反射パルス波データ群から、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａとレーダリンク装置２０とが正対したときの非反射パルス波データを検出してマーキングする。具体的には、ＳＳＲの非反射パルス波データ群の受信強度は、図４（Ａ）に示すように、４秒に１回の周期で正弦波状に徐々に高くなってから徐々に低くなるように変化する。そして、マーキング部３３は、その受信強度が正弦波状に変化するピーク点の非反射パルス波データの発射時刻にＳＳＲ送受信機１２がレーダリンク装置２０と正対したと判断して、その発射時刻を有したＳＳＲの非反射パルス波データに回転角原点であることを特定するための原点マークを付加する。

なお、レーダ発信塔１０Ｒを２つ備えた飛行場に向けてレーダリンク装置２０を設置した場合には、図４（Ｂ）に示すように、２つのＳＳＲ送受信機１２，１２に対応して、受信強度のピーク点が４秒に２回生じるが、マーキング部３３は、第１のＳＳＲの非反射パルス波データに対する原点マークの付与と、第２のＳＳＲの非反射パルス波データに対する原点マークの付与の両方を行う。

マーキング部３３は、ＳＳＲの反射パルス波データ群から、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａと、反射体とが正対したときの反射パルス波データも検出してマーキングする。具体的には、ＳＳＲの反射パルス波データ群の受信強度も、正弦波状に徐々に高くなってから徐々に低くなるように変化するので、マーキング部３３は、その受信強度が正弦波状に変化するピーク点の反射パルス波データの受信時刻に対し、所定時間だけ前の時刻にＳＳＲ送受信機１２が反射体と正対したと判断して、その受信時刻を有した反射パルス波データに回転角原点であることを特定するための正対点マークを付加する。

データペアリング部６６は、ＳＳＲの非反射パルス波データ群が有する受信時刻と、ＳＳＲの非反射パルス波データ群が有する発射時刻とを比較し、「発射時刻に対して受信時刻が所定期間（例えば、５０［μｓｅｃ］）以内である」という関係を有するＳＳＲの非反射パルス波データとＳＳＲの反射パルス波データとをペアリングする。そして、ペアリングされた連続する複数ペアに含まれる複数の非反射パルス波データから構成される情報と、複数の反射パルス波データから構成される情報とが共に「Ａ質問」同士又は「Ｃ質問」同士で一致している場合に、それら複数ペアの非反射と反射のパルス波データ同士のペアリングを確定する。なお、ＳＬＳのパルス波データに関しては、次述する位置演算部６７で使用しないので、それらＳＬＳのパルス波データのペアリングは行わない。

位置演算部６７は、ペアリングされた非反射と反射のパルス波データの発射時刻と受信時刻との差分に光の速度を乗じることで、ＳＳＲ送受信機１２からの反射体までの直線距離と、その反射体からレーダリンク装置２０までの直線距離との和であるパルス伝達距離を求める。そして、図９（Ａ）に示すように、レーダ発信塔１０Ｒの設置位置である「Ａ」と、レーダリンク装置２０の設置位置である「Ｂ」とを焦点Ａ，Ｂとしかつそれら焦点Ａ，Ｂから任意の点までの距離の和が上記パルス伝達距離となる楕円球９０を、航空機が位置し得る範囲と特定する。

次いで、位置演算部６７は、原点マーク付きの非反射パルス波データの発射時刻と、正対点マーク付きのＳＳＲの反射パルス波データとペアになった非反射パルス波データの発射時刻との差分と、アンテナ１２Ａの回転速度と回転向きとから、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａが反射体に正対した位置が、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａがレーダリンク装置２０に正対した原点から何度の旋回角θだけ離れているかを演算する。そして、図９（Ｂ）に示すように、焦点Ａを通過する鉛直軸を含みかつ回転原点からの旋回角θだけ回転した鉛直面９１と楕円球９０との交線９１Ａ上に反射体の位置を絞り込む。また、交線９１Ａ上を水平面状に射影すれば、地図上に反射体が位置するラインも検出する。そして、同様の処理をペアリングされた全ての反射パルス波データと非反射パルス波データとに関して行い、反射体の位置の変化をモニタ２７に表示したり、要求に応じて、ＷｉＭＡＸ端末２６からインターネットを介して、遠隔地の端末装置に送る。また、位置演算部６７は、反射体の位置を演算して解が求まらない場合又は異常値となった場合には、反射体が、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａとレーダリンク装置２０とを結ぶ一直線を含んだ鉛直面上に位置したと判断し、その旨をモニタ２７に報知する。

なお、レーダリンク装置２０に、航空機がＣ質問に対して回答した「飛行高度」の回答信号を受信するＣ回答用受信回路を設けておき、上記交線９１Ａ上において反射体である航空機の３次元的な位置を特定できるようにしてもよい。また、そのように構成すると、ＳＳＲ送受信機１２のアンテナ１２Ａが１回転するたびに、航空機の位置を複数ポイントずつ特定することができる。そして、これら航空機の位置を結んで軌跡を求めると、その軌跡は、楕円の一部の線分を構成することになり、ＳＳＲ送受信機１２の１回転毎の航空機の軌跡が、同心の複数の楕円の線分を構成することになる。この点に鑑み、位置演算部６７で求めた航空機の複数の軌跡が、複数の楕円の一部を構成し、かつ、複数の楕円が同心関係にある場合には、データの信頼性が高いと判断し、そうでない場合には、データの信頼性が低いと判断してその旨の警告をして初期設定データの修正を促すと共に、自己修正機能により、質問データが送信元となるＳＳＲ送受信機１２を別のＳＳＲ送受信機１２に置き換えて航空機の位置を演算し直して、再度、上記データの信頼性を判断するようにしてもよい。

以上、説明したように、本実施形態のレーダリンク装置２０によれば、ＳＳＲのレーダシステムにリンクして航空機等の位置を探索することができる。即ち、レーダリンク装置２０によれば、低コストかつ容易に所望の反射体の位置を探索することができる。

［第２実施形態］
図１１に示すように、本実施形態のレーダリンク装置２０Ｖは、ＰＳＲパルス波を利用するものでありかつ、前記第１実施形態のレーダリンク装置２０の受信回路２２に基準中間周波生成回路７０と直交復調回路７１とを付加した構成になっている。具体的には、基準中間周波生成回路７０は、ＣＰＵ２５Ａからの指令により開閉されるＧＡＴＥ７０Ａと、位相検出器７０Ｂと、サンプル＆ホールド回路７０Ｃと、Ｄ／Ａコンバータ７０Ｄと、ローパスフィルタ７０Ｅと、中間周波発信器７０Ｆとを備えている。そして、ＣＰＵ２５Ａが、ＰＳＲパルス波を受信回路２２から受け取ったときに、ＧＡＴＥ７０ＡがＣＰＵ２５Ａからの指令により所定期間だけ開かれ、受信回路２２において前述の如くスーパーへテロダイン方式で搬送波から周波数変換された中間周波のうち、前記ＰＳＲパルス波の１パルス波中の中間周波をＧＡＴＥ７０Ａを通して取り込む。

そして、その中間周波と中間周波発信器７０Ｆにて生成した中間周波との位相差の変化を位相検出器７０Ｂで波形にして出力し、その位相差波をサンプル＆ホールド回路７０Ｃがサンプル＆ホールドして、Ａ／Ｄコンバータ２４を通してＣＰＵ２５Ａに付与する。これに対し、ＣＰＵ２５Ａは、前記した位相差が常に「０」になるように、つまり、ＧＡＴＥ７０Ａを通過させてローカル発信器２２Ａから受け取った中間周波と、中間周波発信器７０Ｆにて生成した中間周波とが、相互に周波数が一致しかつ位相も一致するするように指令波を生成して、Ｄ／Ａコンバータ７０Ｄとローパスフィルタ７０Ｅとを通して中間周波発信器７０Ｆに付与する。その指令波は、ＧＡＴＥ７０Ａが閉じた後も、ＣＰＵ２５Ａから継続して出力される。このように基準中間周波生成回路７０は、受信回路２２がＰＳＲパルス波を無線受信すると、その受信したＰＳＲパルス波を変調している変調波から周波数変換された中間周波と、同周期・同位相の基準中間周波を生成して出力し続ける。

直交復調回路７１は、基準中間周波生成回路７０から取り込んだ基準中間周波と受信回路２２から取り込んだ中間周波の受信信号とをミキシングした結果の第１ビート信号をＡ／Ｄコンバータ２４を通してＣＰＵ２５Ａに付与すると共に、基準中間周波生成回路７０から取り込んだ基準中間周波を１／４周期ずらしたものと受信回路２２からの中間周波の受信信号とをミキシングした結果の第２ビート信号をＡ／Ｄコンバータ２４を通してＣＰＵ２５Ａに付与する。

そして、ＣＰＵ２５Ａは、所定のプログラムを実行して、ペアリングされた反射パルス波データと非反射パルス波データとに対応した両検索パルス波における搬送波の周波数又は位相のズレを直交復調回路７１から取得した第１と第２のビート信号に基づき検出して、その検出結果に基づいて反射体の移動の有無や表面状態を特定するようになっている。

［第３実施形態］
本実施形態のレーダリンク装置は、図示しないが、前記第１実施形態のレーダリンク装置２０と同じ構成のメインレーダリンク装置とサブレーダリンク装置とからなり、それらが、例えばＷｉＦｉによる無線通信網とインターネット回線とによって接続されている。そして、それらメインレーダリンク装置とサブレーダリンク装置とが、共通のＰＳＲ送受信機１１のアンテナ１１ＡからＰＳＲパルス波を受信して、第１実施形態のレーダリンク装置２０と同様に反射体が位置し得る楕円球９０上の交線９１Ａ（図９参照）をそれぞれ演算して求める。そして、それらメインレーダリンク装置とサブレーダリンク装置とが、それぞれ求めた交線９１Ａ，９１Ａ同士の交点から反射体の３次元的な位置を特定するか、それら交線９１Ａ，９１Ａの水平面上への射影線の交点から反射体の２次元的な位置を特定するようになっている。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１〜第３の実施形態のレーダリンク装置２０，２０Ｖは、飛行場に設置された監視レーダシステムの探索用パルス波を利用して航空機等の反射体の位置を検出していたが、気象レーダシステムや、空港面検知レーダシステムや船舶レーダシステム等のレーダシステムの探索用パルス波を利用して反射体の位置を検出する構成にしてもよい。

（２）本発明に係るレーダリンク装置のパルス波受信部は、例えばレーダ発信機がＦＭチャープした搬送波に載せて出力した探索用パルス波から、その探索用パルス波を復調するように構成してもよい。

１０Ｒレーダ発信塔
１１ＰＳＲ送受信機
１２ＳＳＲ送受信機
１２Ａアンテナ
２０，２０Ｖレーダリンク装置
２０Ａ受信アンテナ
２２受信回路（パルス波受信部）
３２パルス分別部（パルス波データ生成部、受信波分別手段、発射時刻演算手段）
６６データペアリング部（ペアリング手段）
６７位置演算部（アンテナ方向演算手段、位置演算手段）
７０基準中間周波生成回路（受信差検出部）
７１直交復調回路（受信差検出部）

Claims

一次監視レーダシステム、二次監視レーダシステム、気象レーダシステム、空港面検知レーダシステム及び船舶レーダシステムその他のレーダシステムのレーダ発信機から離れた遠隔地に配置され、前記レーダ発信機のアンテナが一回転する間に複数回に亘って送信する探索用パルス波を利用して、航空機、船舶、雲及び建物その他の反射体の位置を検出するレーダリンク装置であって、
前記探索用パルス波を受信するパルス波受信部と、
前記探索用パルス波を受信する度に、その受信時刻と受信強度の情報を含んだパルス波データを生成するパルス波データ生成部と、
前記探索用パルス波の前記受信強度に基づいて、前記探索用パルス波が反射も経ずに受信した非反射パルス波であるか、反射を経て受信した反射パルス波であるかを判別して、前記パルス波データを、前記非反射パルス波に対応した非反射パルス波データと、前記反射パルス波に対応した反射パルス波データとに分別する受信波分別手段と、
前記レーダ発信機のアンテナから前記レーダリンク装置までの距離と光の速度とから前記非反射パルス波データに含まれる前記探索用パルス波の前記受信時刻を前記探索用パルス波の発射時刻に変換する発射時刻演算手段と、
前記発射時刻と前記受信時刻の差分が予め定められた一定時間以内である前記非反射パルス波データと前記反射パルス波データとをペアリングするペアリング手段と、
前記非反射パルス波データ同士の間で最大の前記受信強度の前記非反射パルス波データの前記発射時刻と、前記反射パルス波データ同士の間で最大の前記受信強度の前記反射パルス波データに対するペアリング相手の前記非反射パルス波データの前記発射時刻との差分に基づいて、前記レーダ発信機の前記アンテナが前記反射体に正対したときの前記アンテナの向きを演算するアンテナ方向演算手段と、
前記ペアリングされた前記反射パルス波データと前記非反射パルス波データとの前記受信時刻と前記発射時刻との差分と光速度とに基づいて前記反射体が位置し得る楕円球を特定すると共に、前記アンテナ方向演算手段にて演算した前記アンテナの向きから前記楕円球上の前記反射体の位置を演算する位置演算手段とを備えたことを特徴とするレーダリンク装置。
前記ペアリングされた前記反射パルス波データと前記非反射パルス波データとに対応した両前記探索用パルス波の搬送波が前記パルス波受信部に受信されたときの、それら両搬送波同士の間の周波数又は位相のズレを検出する受信差検出部と、
前記受信差検出部の検出結果に基づき、前記反射体の移動の有無又は表面状態を検出する特性検出部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダリンク装置。
前記パルス波受信部は、前記レーダ発信機がＦＭチャープした搬送波で変調した前記探索用パルス波を復調するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーダリンク装置。