JP5759862B2

JP5759862B2 - 受信装置

Info

Publication number: JP5759862B2
Application number: JP2011232682A
Authority: JP
Inventors: 高史山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: JP2013092380A

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動型の受信装置に関する。

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が利用されている。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したり、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。その他、マルチラテレーションシステムより広域を対象とする広域マルチラテレーションシステムもある。

マルチラテレーションシステムで利用されるような受動型の受信装置は、通常、無指向性のアンテナを利用しており、常時、全方位から信号を受信する。このような受信装置での信号の受信は、二次監視レーダの送受信処理とも非同期であり、ＳＴＣ（sensitivity time control）処理のような受信感度調整もできないため、さまざまな受信感度の信号を受信する。さらに、受信装置では、干渉やマルチパスの影響を受けることもある。

特開２０１０−２６１８１３号公報

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

上述したように、受動型の受信装置では、有効な信号を効率良く受信することが困難である。また、受信装置では、受信信号を効率良く受信できない場合、受信信号の処理効率が悪くなるとともに処理の負荷が増加し、必要な信号が有効な期間内に処理することができないおそれがあった。

本発明の実施形態に係る受信装置は、検出手段と、デコード手段と、相関判定手段とを備える。検出手段は、受信信号からモードＳ応答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。デコード手段は、検出手段がモードＳ応答のプリアンブルを検出すると、プリアンブルとデータブロックで構成されるモードＳ応答をデコードする。相関判定手段は、検出手段がモードＳ応答のプリアンブルを検出すると、プリアンブルに続くデータブロックに含まれる各パルスの位相値のレベルと、プリアンブルの位相値のレベルとの差が相関判定値より小さいときに受信信号をモードＳ応答と判定し、差が相関判定値より大きいときに受信信号をモードＳ応答と誤検出したと判定してデータブロックのデコードを中止させるデコード中止通知を前記デコード手段に出力する。

実施形態に係る受信装置を備えるマルチラテレーションシステムを説明する概略図である。実施形態に係る受信装置を説明するブロック図である。図２の受信装置における処理を説明するタイミングチャートである。図２の受信装置における他の処理を説明する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受信装置について説明する。ここでは、受信装置が、マルチラテレーションシステムの一部である場合について説明するが、受信装置は、モードＳ応答を受信する装置であればよい。例えば、マルチラテレーションシステムの受信装置の他、広域マルチラテレーションシステムの受信装置や、ＡＤＳ−Ｂ受信装置であってもよい。

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２０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１０ａ〜１０ｃと、送受信装置２０及び受信装置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受信装置１０ａ〜１０ｃ及び送受信装置２０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１０ａ〜１０ｃ，２０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、受信装置１０ａ〜１０ｃ及び送受信装置２０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、各装置１０ａ〜１０ｃ，２０，４０では時刻を同期する必要がある。

受信装置１０ａは、図２に示すように、アンテナ１１が受信した信号を入力する受信部１２と、受信部１２が入力した信号を二値化処理する二値化処理部１３と、二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１４と、二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１５と、モードＳ応答処理部１４の解析結果及び拡張スキッタ処理部１５の解析結果を処理装置４０へ出力する出力部１６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（ＡＤＳ−Ｂトランスポンダ）を有する航空機３０が定期的に送信する信号である。

具体的には、二値化処理部１３は、図２に示すように、受信装置１２で受信したＩＦデータの受信信号を増幅する増幅器１３１と、増幅された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡＤ変換器１３２と、ディジタル信号に変換された受信信号から実数データ（Ｉ）と虚数データ（Ｑ）を検波するＩＱ検波手段１３３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データ（ｒ）と位相データ（θ）に変換する極座標変換手段１３４と、振幅データをモードＳ応答に応じた処理で二値化する第１二値化処理手段１３５と、振幅データを拡張スキッタに応じた処理で二値化する第２二値化処理手段１３６と、位相データを第１二値化処理手段１３５の処理と同期させて遅延させる遅延手段１３７とを備えている。

また、モードＳ応答処理部１４は、図２に示すように、第１二値化処理手段１３５が出力する二値化データからモードＳ応答のプリアンブルの有無を検出する検出手段１４１と、モードＳ応答をデコードするデコード手段１４２と、プリアンブルとデータブロックの位相レベルの相関を判定する相関判定手段１４３とを備えている。ここで、モードＳ応答のプリアンブルは、パルス幅が５００ｎｓの４のパルスから成り、第１パルスと第２パルスとの間隔が１μｓであり、第１パルスと第３パルスとの間隔が３．５μｓであり、第１パルスと第３パルスとの間隔が１μｓである。

検出手段１４１は、入力する二値化データにモードＳ応答を特定する所定のプリアンブルが含まれているか否かを検出し、プリアンブルが含まれていた場合、プリアンブルの検出有の信号を出力する。また、検出手段１４１は、プリアンブルを検出後、次のプリアンブルを検出する検出処理を停止し、デコード手段１４２からデコード完了通知を入力したタイミングで検出処理を再開する。

デコード手段１４２は、検出手段１４１からプリアンブルの検出有の信号が出力されると、第１二値化処理手段１３５で二値化された受信信号（モードＳ応答）をデコードするとともに、相関判定手段１４３にプリアンブルの位相値をメモリ（図示せず）に記憶させるための第１信号を出力する。また、デコード手段１４２は、データブロックの各パルスが存在するタイミングで、相関判定手段１４３に各パルスの位相値とプリアンブルの位相値との相関を判定させるための第２信号を出力する。

ここで、データブロックのデータ長は５６ビット又は１１２ビットで、プリアンブルの第１パルスから８μｓで開始するとともに、マンチェスターコードを利用し各パルス幅が５００ｎｓになるように規定されている。したがって、デコード手段１４２は、検出手段１４１から出力される検出有の信号を基準として、各パルスのパルス位置を特定することができるとともに、モードＳ応答（データブロック）の終了を特定することができる。

デコード手段１４２は、モードＳ応答のデータブロックの最後までデコードを終了した場合、デコードが終了した旨のデコード完了通知を出力する。また、デコード手段１４２は、相関判定手段１４３がデコード中止通知を出力した場合にも、デコードを中止してデコード完了通知を出力する。このように、デコード手段１４２がデコード完了通知を出力することで、検出手段１４１にプリアンブルの検出を再開させることができる。

相関判定手段１４３は、デコード手段１４２から第１信号を入力したタイミングで遅延手段１３７から入力する位相データ（プリアンブルの位相値ＰＡ）をメモリに記憶する。以下では、プリアンブルの第４パルスの位相値をプリアンブル位相値ＰＡとする例で説明する。また、相関判定手段１４３は、デコード手段１４２から第１信号を入力したタイミングでデータブロックの値をリセットし、リセット直後に第２信号を入力したタイミングで遅延手段１３７から入力する位相データ（データブロックのパルスの位相値（ＰＢ））をメモリに記憶し、その後、第２信号を入力する毎に、現在のデータブロック位相値ＰＢと遅延手段１３７から入力する位相値との平均値を新たなデータブロック位相値ＰＢとしてメモリに記憶する値を更新する。

相関判定手段１４３は、第２信号を入力してデータブロック位相値ＰＢを変更すると、プリアンブル位相値ＰＡとデータブロック位相値ＰＢとの差Ｘ（｜ＰＡ−ＰＢ｜）を求め、求めた差Ｘを相関判定値ＰＬと比較し、差Ｘが相関判定値ＰＬより小さいとき（ＰＬ＞｜ＰＡ−ＰＢ｜）、検出された信号はモードＳ応答であると判定する。一方、差Ｘが相関判定値ＰＬより大きいとき（ＰＬ≦｜ＰＡ−ＰＢ｜）、相関判定手段１４３は、検出された信号はモードＳ応答ではなくモードＳ応答と誤検出したと判定し、デコードを中止するデコード中止通知を出力する。これにより、モードＳ応答でない信号をデコードする負荷を軽減することができる。なお、例えば、相関判定値ＰＬは、外部から所望の値が入力され、予めメモリに記憶している。

まず、図３を用いて、モードＳ応答処理部１４においてモードＳ応答が処理される例を説明する。

例えば、極座標変換手段１３４が受信信号から図３（ａ）に示すような振幅データ（ｒ）と図３（ｂ）に示すような位相データ（θ）に変換し、第１二値化処理手段１３５が振幅データを図３（ｃ）に示すような二値化データに変換したとする。

検出手段１４１は、二値化データからモードＳ応答のプリアンブルとして規定されるパルスパターンを検出すると、図３（ｄ）に示すようにプリアンブルの検出有を表す信号を出力する。

デコード手段１４２は、検出手段１４１からプリアンブルの検出有の信号が出力されると、図３（ｅ）に示すように、第１信号を出力する。また、デコード手段１４２は、データブロックの各パルスの存在するタイミングで、図３（ｆ）に示すように、第２信号を出力する。

遅延手段１３７は、図３（ｇ）に示すように、極座標変換手段１３４から得られた位相データを、第１二値化処理手段１３５の二値化処理と合わせて遅延させて出力する。

相関判定手段１４３は、図３（ｈ）に示すように、第１信号が出力されると、位相データの値６２をプリアンブル位相値ＰＡとしてメモリに記憶する。また、相関判定手段１４３は、図３（ｉ）に示すように、第１信号が出力されると、リセット値０をデータブロック位相値ＰＢとしてメモリに記憶し、第１信号出力直後に第２信号が出力されると、位相データの値６２でデータブロック位相値ＰＢを変更する。その後、相関判定手段１４３は、図３（ｉ）に示すように、第２信号が出力されるタイミングで、現在のデータブロック位相値ＰＢである６２と位相データの値５８の平均値６０を新たなデータブロック位相値ＰＢに変更する。また、相関判定手段１４３は、第２信号の出力タイミングでデータブロック位相値ＰＢである６０と位相データの値５８の平均値５９を新たなデータブロック位相値ＰＢに変更し、次の第２信号の出力タイミングでデータブロック位相値ＰＢである５９と位相データの値６１を新たなデータブロック位相値ＰＢ６０に変更している。

図３に示す例では、プリアンブル位相値ＰＡが６２であり、データブロック位相値ＰＢが６２であるとき、その差Ｘは０であって、相関判定値ＰＬの値１０より小さいため（図３（ｊ））、相関判定手段１４３は、この信号はモードＳ応答であると判定する。また、データブロック位相値ＰＢが６０に変更したとき、差Ｘは２であって、相関判定値ＰＬの値１０より小さいため、相関判定手段１４３は、この信号はモードＳ応答であると判定する。さらに、相関判定手段１４３は、データブロック位相値ＰＢが５９に変更したとき、差Ｘは２であって、相関判定値ＰＬの値１０より小さいため、この信号はモードＳ応答であると判定する。

図３に示すように、信号がモードＳ応答である場合には、プリアンブルの位相値とデータブロックの位相値とは略一致するため、通常、差Ｘが相関判定値ＰＬより大きくなることはなく、デコード手段１４２は、モードＳ応答を最後までデコードし、図３（ｌ）に示すように、デコードが終了した時点でデコードが終了した旨のデコード完了通知を出力する。

続いて、図４を用いて、モードＳ応答処理部１４においてモードＳ応答のプリアンブルと同一のパターンの信号が検出され、モードＳ応答を受信していないにもかかわらず、モードＳ応答を受信したと誤検出した場合の処理の例を説明する。

例えば、極座標変換手段１３４が受信信号から図４（ａ）に示すような振幅データ（ｒ）と図４（ｂ）に示すような位相データ（θ）に変換し、第１二値化処理手段１３５が振幅データを図４（ｃ）に示すような二値化データに変換したとする。

検出手段１４１は、二値化データからモードＳ応答のプリアンブルとして規定されるパルスパターンを検出すると、図４（ｄ）に示すようにプリアンブルの検出有を表す信号を出力する。

デコード手段１４２は、検出手段１４１からプリアンブルの検出有の信号が出力されると、図４（ｅ）に示すように、第１信号を出力する。また、デコード手段１４２は、データブロックの各パルスの存在するタイミングで、図４（ｆ）に示すように、第２信号を出力する。

遅延手段１３７は、図４（ｇ）に示すように、極座標変換手段１３４から得られた位相データを、第１二値化処理手段１３５の二値化処理と合わせて遅延させて出力する。

相関判定手段１４３は、図４（ｈ）に示すように、第１信号が出力されると、位相データの値６２をプリアンブル位相値ＰＡとしてメモリに記憶する。また、相関判定手段１４３は、図４（ｉ）に示すように、第１信号が出力されると、リセット値０をデータブロック位相値ＰＢとしてメモリに記憶し、第１信号出力直後に第２信号が出力されると、位相データの値１０でデータブロック位相値ＰＢを変更する。その後、相関判定手段１４３は、図４（ｉ）に示すように、第２信号が出力されるタイミングで、現在のデータブロック位相値ＰＢである１０と位相データの値８４の平均値４７を新たなデータブロック位相値ＰＢに変更する。

図４に示す例では、プリアンブル位相値ＰＡが６２であり、データブロック位相値ＰＢが１０であるとき、その差Ｘは５２であって、相関判定値ＰＬの値１０より大きいため（図４（ｊ））、相関判定手段１４３は、この信号はモードＳ応答でないと判定し、図４（ｋ）に示すように、デコード中止通知を出力する。

また、デコード手段１４２は、相関判定手段１４３がデコード中止通知を出力すると、デコードを終了し、図４（ｌ）に示すように、デコード完了通知を出力する。

すなわち、図４に示すように、信号がモードＳ応答でない場合には、モードＳ応答のプリアンブルに対応するフォーマットの位相値とこれに続くデータの位相値とは一致しないことが多いため、差Ｘが相関判定値ＰＬより大きくなる。

なお、図４（ｉ）に示す例では、データブロック位相値ＰＢの値が１０、４７、３６、１４８となるものとして示しているが、データブロック位相値ＰＢの値が１０の時点でデコードが終了した場合には、実際は、データブロック位相値ＰＢの値も１０で処理が終了し、その後は新たに受信した別のデータについての処理が開始する。

上述のように、実施形態に係る受信装置１０ａは、モードＳ応答のプリアンブルに規定されるパルスパターンが検出されると、モードＳ応答としてデコードを開始するが、デコード途中であっても、プリアンブルの位相値のレベルとデータブロックの各パルスの位相値のレベルとの相関を利用してモードＳ応答であるか否かを判定する。また、受信装置１０ａは、判定の結果、検出したプリアンブルとそれに続くデータブロックの位相値のレベルの相関結果が所定条件であるときには、誤検出としてデコードを終了し、新たな信号の検出及びデコードを開始する。したがって、誤検出した信号をデコードして後段の処理に出力することがないため、受信装置１０ａでの受信効率を向上して処理負荷を低減するとともに、後段の処理の不要な処理も低減することができる。

なお、図２では、受信装置１０ａを例として説明したが、受信装置１０ｂ及び１０ｃも受信装置１０ａと同一の構成であって、また、送受信装置２０でも受信装置１０ａと同一の構成を有している。

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
１１…アンテナ
１２…受信部
１３…二値化処理部
１３１…増幅器
１３２…ＡＤ変換器
１３３…ＩＱ検波手段
１３４…極座標変換手段
１３５…第１二値化処理手段
１３６…第２二値化処理手段
１３７…遅延手段
１４…応答処理部
１４１…検出手段
１４２…デコード手段
１４３…相関判定手段
１５…拡張スキッタ処理部
１６…出力部
２０…送受信装置
３０…航空機
４０…処理装置
５０…レーダ装置

Claims

航空機が送信した信号を非同期に受信する受信装置であって、
受信信号からモードＳ応答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、
前記検出手段がモードＳ応答のプリアンブルを検出すると、プリアンブルとデータブロックで構成されるモードＳ応答をデコードするデコード手段と、
前記検出手段がモードＳ応答のプリアンブルを検出すると、当該プリアンブルに続くデータブロックに含まれる各パルスの位相値のレベルと、当該プリアンブルの位相値のレベルとの差が相関判定値より小さいときに前記受信信号をモードＳ応答と判定し、前記差が前記相関判定値より大きいときに前記受信信号をモードＳ応答と誤検出したと判定して前記データブロックのデコードを中止させるデコード中止通知を前記デコード手段に出力する相関判定手段と、
を備えることを特徴とする受信装置。
前記検出手段は、プリアンブルを検出後、デコード手段からデコード完了通知が出力されるまでプリアンブルの検出を停止し、
前記デコード手段は、モードＳ応答のデコードが完了したタイミング又は前記相関判定手段からデコード中止通知が出力されてデコードを中止したタイミングで、デコード完了通知を送信する
ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。