JP5759863B2

JP5759863B2 - 受信装置

Info

Publication number: JP5759863B2
Application number: JP2011232684A
Authority: JP
Inventors: 高史山田; 義則久慈
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: JP2013092381A

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に関する。

航空機の飛行の監視には、航空機に搭載されるモードＳ対応トランスポンダとの間でモードＳ信号の送受信を行うモードＳ二次監視レーダ装置（ＳＳＲモードＳ）が利用されている。また、航空機同士の衝突を防止には、航空機同士で位置情報（拡張スキッタ）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。

近年では、航空機から送信されたモードＳ信号や拡張スキッタ信号を地上の受信装置で受信し、信号を送信した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（ＭＬＡＴ：Multi Lateration System）の利用が広まりつつある。具体的には、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、測位した航空機位置を利用して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システムもある。また、このマルチラテレーションシステムをより広域で利用する広域マルチラテレーションシステム（ＷＡＭ：Wide Area Multilateration）も利用されることがある。さらに、地上で航空機から送信される拡張スキッタを受信して航空機の位置情報を利用するＡＤＳ−Ｂ受信装置もある。

マルチラテレーションシステムや広域マルチラテレーションシステムの受信装置、又はＡＤＳ−Ｂ受信装置等の受動型の受信装置は、無指向性のアンテナを使用するのが一般的であるため、受信装置では、全方位から送信された信号を常時受信することになる。また、受信装置は、レーダ装置の送受信周期とも非同期であって、ＳＴＣ（sensitivity time control）処理のような受信感度調整もできないため、様々なレベルの信号を受信する。さらに、受信装置は、干渉やマルチパス等の影響を受けた信号を受信することもある。

上述したように、受動型の受信装置では、様々な信号を受信するが、これらの様々な信号からモードＳ信号や拡張スキッタを検出し、正確に解析することは困難である。

特開２００５−１８８８５３号公報

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

したがって本発明は、航空機から送信されて受信した信号の解析の信頼性を向上した受信装置を提供する。

本発明の実施形態に係る受信装置は、演算手段と、選択手段と、二値化処理手段とを備える。演算手段は、受信信号のピーク値を用いて当該受信信号の第１閾値を求める。選択手段は、演算手段で決定された第１閾値を出力するとともに、受信信号から所定のパルスパターンを検出後所定のパルスパターンに続く所定のデータブロックの処理期間、第１閾値に代えてパルスパターンのピーク値を用いて求められた受信信号を二値化するための第２閾値を選択して出力する。二値化処理手段は、選択手段から出力される第２閾値を利用して、受信信号を二値化する。

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信号の二値化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。この受信装置は、航空機から送信された所定形式の信号を受信する受動型の受信装置である。所定形式の信号とは、モードＳ応答のプリアンブルを含む信号である。モードＳ応答のプリアンブルとは、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。なお、モードＳ応答のデータブロックのデータ長は５６ビット又は１１２ビットで、データブロックは、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。また、拡張スキッタのプリアンブルもモードＳ応答のプリアンブルと同一のパルスパターンであって、拡張スキッタのデータブロックは、プリアンブルの第１パルスから８μｓで開始するとともに、データ長は１１２ビットであって、マンチェスタ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。

ここでは、受信装置の一例として、マルチラテレーションシステムに利用する受信装置について説明するが、同一のプリアンブルを含む信号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に利用される受信装置の他、広域マルチラテレーションシステムに利用される受信装置や、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（モードＳ応答（ＤＦ＝４，５，１１，２０，２１）、拡張スキッタ（ＤＦ＝１７，１８））を受信する複数の受信装置１０ａ〜１０ｃと、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、受信装置１０ａ〜１０ｃ及び送受信装置２０が受信した信号とともに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の位置も正確に測位できないため、受信装置１０ａ〜１０ｃ及び送受信装置２０は時刻を同期させている。

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。１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応答は、所定のパルスパターンのプリアンブルとデータが含まれるデータブロックで構成されている。

具体的には、二値化処理部１３は、図２に示すように、モードＳ応答に対応した二値化処理を実行する第１処理部１３Ａと、拡張スキッタに対応した二値化処理を実行する第２処理部１３Ｂとを備えている。第１処理部１３Ａで二値化された受信信号はモードＳ応答処理部１４に出力され、第２処理部１３Ｂで二値化された受信信号は拡張スキッタ処理部１５に出力される。

図２に示すように、第１処理部１３Ａは、受信部１２で受信した信号（ＬＯＧビデオの信号）を利用して受信信号の第１閾値を求める演算手段１３１と、モードＳ応答処理部１４における処理結果を利用して受信信号の第２閾値及びリセット信号を出力する出力手段１３２と、演算手段１３１から出力される第１閾値と出力手段１３２から出力される第２閾値から使用する閾値を選択する選択手段１３３と、受信信号を遅延させる遅延手段１３４と、遅延手段１３４から出力される受信信号を選択手段１３３で選択された閾値を利用して二値化する二値化処理手段１３５とを備えている。

演算手段１３１は、受信部１２から受信信号を入力すると、受信信号の信号レベルのピーク値を特定し、この信号レベルのピーク値を利用して求めた第１閾値を出力する。例えば、演算手段１３１は、ピーク値から−６ｄＢの値を第１閾値として求める。

出力手段１３２は、第１閾値を入力してメモリ（図示せず）に記憶する。その後、モードＳ応答処理部１４からモードＳ応答のプリアンブルの検出有を特定する信号を入力すると、モードＳ応答のプリアンブル部分から求めた第１閾値を第２閾値として出力するとともに、第２閾値の利用の開始を促がす開始信号を出力する。また、出力手段１３２は、モードＳ応答処理部１４でプリアンブル検出からプリアンブルに続くデータブロックの処理が終了する信号を入力すると、第２閾値の利用を終了させるリセット信号を出力する。

選択手段１３３は、演算手段１３１から入力する第１閾値を出力しているが、出力手段１３２から開始信号を入力後、リセット信号を入力するまでの期間は、出力手段１３２から入力する第２閾値を選択して出力する。すなわち、選択手段１３３は、第１閾値を出力するとともに、受信信号からモードＳ応答のプリアンブルが検出されてから所定期間（データブロックの処理期間）は、第１閾値に代えてプリアンブルのピーク値を用いて決定された第２閾値を二値化処理に使用する閾値として選択する。

遅延手段１３４は、演算手段１３１、出力手段１３２及び選択手段１３３の処理に合わせて受信信号を出力する。

二値化処理手段１３５は、遅延手段１３４から入力する受信信号を、選択手段１３３で選択された閾値を利用して二値化処理し、受信信号の二値化データを出力する。

また、図示を用いた説明は省略するが、第２処理部１３Ｂにおいても、第１処理部１３Ａと同様に、演算手段、出力手段、選択手段、遅延手段及び二値化処理手段を備えており、拡張スキッタを二値化処理して出力する。

ここで、第１処理部１３ＡにおいてはモードＳ応答に対応する受信信号が処理され、第２処理部１３Ｂにおいては拡張スキッタに対応する受信信号が処理されるため、第１処理部１３Ａから出力される二値化データと、第２処理部１３Ｂから出力される二値化データとは異なるデータとなる。

図２に示すように、モードＳ応答処理部１４は、受信信号の二値化データからモードＳ応答のプリアンブルを検出する検出手段１４１と、プリアンブルが検出されると二値化データからモードＳ応答をデコードするデコード手段１４２とを備えている。

検出手段１４１は、二値化処理部１３で処理された二値化データを入力し、二値化データから、モードＳ応答のプリアンブルに規定される所定のパルスパターンの有無を検出する。また、検出手段１４１は、二値化データに所定のパルスパターンがあるとき、プリアンブルの検出有を特定する信号を出力する。また、検出手段１４１は、モードＳ応答のデコードが終了するタイミングで、データブロックの処理の終了を特定する信号を出力する。

デコード手段１４２は、二値化処理部１３で処理された二値化データを入力するとともに、検出手段１４１からモードＳ応答のプリアンブルの検出の有無に関する信号を入力する。デコード手段１４２は、プリアンブルの検出有の信号を入力すると、二値化データ（データブロック）をデコードし、デコード結果（データビット及び信頼性ビット）を出力する。

また、図示を用いた説明は省略するが、拡張スキッタ処理部１５においても、モードＳ応答処理部１４と同様に、検出手段及びデコード手段を備えており、二値化データから拡張スキッタのデータブロックをデコードして出力する。

モードＳ応答処理部１４から出力されるモードＳ応答のデコード結果及び拡張スキッタ処理部１５から出力される拡張スキッタのデコード結果は、処理装置４０に収集され、航空機３０の位置の測位に利用される。

図３を用いて、受信装置１０ａで受信信号を二値化する一例について説明する。図３（ａ）に示すようなマルチパスやノイズによる歪みが存在する信号を受信したとする。この場合、演算手段１３１でそれぞれのパルスを各パルスのピーク値から求められた第１閾値を利用して二値化処理すると、図３（ｂ）に示すように、歪みの部分も有効な信号として二値化処理され、ヒゲのある二値化データが得られることになる。これに対し、実施形態に係る受信装置１０ａでは、プリアンブルが検出された場合、プリアンブルのピーク値から求められた第２閾値を利用してデータブロックを二値化処理する。したがって、図３（ｃ）に示すように、歪みの部分は有効な信号とされずに二値化処理され、二値化処理の精度が向上する。

各航空機３０から送信される信号の信号レベルは一定であるが、各航空機３０と受信装置１０ａの距離によって、受信装置１０ａで受信される際の信号の信号レベルが異なる。すなわち、航空機３０と受信装置１０ａの距離が短いときには信号レベルは大きいが、距離が長くなるにつれ、信号レベルも小さくなる。したがって、航空機３０から送信されたモードＳ応答や拡張スキッタでは、プリアンブルを構成する各パルスの信号レベルとデータブロックを構成する各パルスの信号レベルとは略同一であるため、プリアンブルの信号レベルをデータブロックの二値化に利用することで、データブロックにマルチパスやノイズによる歪み等が含まれていても、これらに影響されずに二値化することができる。実施形態に係る受信装置１０ａでは、このような特徴を利用し、プリアンブルから求めた閾値を利用して二値化処理を実行する。

上述したように、実施形態に係る受信装置１０ａにおいて、プリアンブルから求めた閾値を利用して信号を二値化することで、受信信号の解析の信頼性を向上することができる。

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
１０ａ〜１０ｃ…受信装置
１１…アンテナ
１２…受信部
１３…二値化処理部
１３Ａ…第１処理部
１３１…演算手段
１３２…出力手段
１３３…選択手段
１３４…遅延手段
１３５…二値化処理手段
１３Ｂ…第２処理部
１４…モードＳ応答処理部
１４１…検出手段
１４２…デコード手段
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

航空機が無線で送信した信号を非同期に受信する受信装置であって、
受信信号のピーク値を用いて当該受信信号の第１閾値を求める演算手段と、
前記演算手段で決定された第１閾値を出力するとともに、受信信号から所定のパルスパターンを検出後前記所定のパルスパターンに続く所定のデータブロックの処理期間、第１閾値に代えて前記パルスパターンのピーク値を用いて求められた前記受信信号を二値化するための第２閾値を選択して出力する選択手段と、
前記選択手段から出力される前記第２閾値を利用して、受信信号を二値化する二値化処理手段と、
を備えることを特徴とする受信装置。