JP7292099B2 - 二次レーダーを用いて航空機搭載トランスポンダの特定の特徴をライン動作時に測定する方法 - Google Patents
二次レーダーを用いて航空機搭載トランスポンダの特定の特徴をライン動作時に測定する方法 Download PDFInfo
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Description
-専ら注目する航空機を対象とする、当該航空機のモードSアドレス介した周波数1030MHzでの選択的呼び掛け
-当該呼び掛けに対する、注目する航空機のトランスポンダからの当該航空機のモードSアドレスで符号化された周波数1090MHzでの応答
に基づくモードSでの交信を確立するという事実により特徴付けられる。
-注目するレーダーの管制から航空機が離脱する距離を決定する第2の要因である送信器の出力、
-多数のモードS応答(対応可能な負荷)を処理する能力、すなわち応答の局所平均、大域的平均、および最大レート、
-受信器の感度、および受信したモードS呼び掛けの復号化能力、すなわち、注目するレーダーの管制から航空機が離脱する距離を決定する主な要因である感度に関係する。
-ICAOが定める出力区間内のピーク放射送信出力、
-特に設計が決め手となるモードSでの応答の最低レート、
-最低感度および最小ダイナミックレンジ、
-送受信において所与のマスクの役割を果たし、放射に直接関与するアンテナパターンを有している。
実際、使用されている点検方法ではトランスポンダを取り外してテストベンチに置く必要があり、点検フェーズ中は航空機を地上で待機させる必要があり、高い遊休コストが生じることを意味する。
-レーダー呼び掛けに対する応答を送信する能力を判定可能にする1090MHzでの送信出力の測定、
-呼び掛けに続く応答の生成レート(局所、大域的、および最大平均レート)の測定、
-管制レーダーが送信した呼び掛けを受信する能力を判定可能にする1030MHzでの受信の感度の測定が、
実行可能なのはトランスポンダが搭載された航空機の保守期間中に限られ、その間は当該航空機を地上待機させる必要がある。
現在、2回の保守期間の合間に、トランスポンダの故障または性能低下を検出可能にする簡単かつ経済的な手段が存在しない。
-第1のステップ、すなわち、
-レーダーが送信した各呼び掛けに応答して、トランスポンダから受信した出力の測定値から、トランスポンダの送信出力を測定する動作と、
-レーダーが送信した呼び掛けに対するトランスポンダの応答の平均レートの測定を、トランスポンダから発せられた応答をレーダーが受信した呼び掛けの個数をカウントすることにより実行する動作とを実行し、且つ
レーダーの動作パラメータが運用時動作パラメータから変更されない状態で実行される第1のステップと、
-トランスポンダの感度を測定する動作を実行する第2のステップ、すなわち送信出力レベルが時間経過に伴い増減する状態で追加的呼び掛けを送信することにより、且つこれを下回ればトランスポンダが応答を送信しない、第1の呼び掛けの送信中の送信出力レベルを判定することにより実行される第2のステップであって、
レーダーのアンテナのSumチャネルの主ローブ内に航空機が位置したままでの最後の運用時呼び掛けに続く時間区間中、測定に必要な追加的呼び掛けを実行できるようにレーダーの動作パラメータを変更することにより実行され、トランスポンダの方向への送信出力がトランスポンダの感度閾値を規定する第2のステップと、
-所与持続期間を有する短い時間区間中にトランスポンダが維持できる応答の最大レートを測定する動作を実行する第3のステップ、すなわち当該動作が、複数の追加的呼び掛けを送信することにより、且つトランスポンダが応答を送信した呼び掛けの個数をカウントすることにより実行される第3のステップであって、
航空機がレーダーのアンテナのSumチャネルの主ローブ内に位置したままでの最後の運用時呼び掛けに続く時間区間中、トランスポンダからの応答を無くさせるのに充分な個数の一連の呼び掛けを送信できるようにレーダーの動作パラメータを変更することにより実行される第3のステップとを含んでいることを特徴とする。
上述の図面に、一例として、目標の検出および測位に必要な動作処理フェーズ、およびトランスポンダの性能レベルの評価に必要な正常動作のテストフェーズを別々に示している。実線は、レーダーの呼び掛けにおける二つのフェーズ中の放射出力を表す。
-第1のステップ11において、二次レーダーにより運用モードで送信されたモードSでの呼び掛けに対するトランスポンダの応答が、
-トランスポンダの出力の測定111と、
-呼び掛け目的でレーダーが送信したモードSでの呼び掛けに対する応答の局所平均レートの測定値112と、
-トランスポンダを管制する全てのレーダーに関するトランスポンダのモードSでの呼び掛けに対する応答の大域的平均レートの測定値113とを実行すべく用いられる。
-第2のステップ12において、運用フェーズにおいて送信されるものに加えてレーダーが送信したモードSでの追加的呼び掛けによりトランスポンダの感度の測定が実行される。
-出力測定(動作111)のために、測定がエラーの影響をなるべく受けないように外乱なしに波が伝搬すること、
-トランスポンダの応答の平均レートを高い信頼性で測定するために、
-他の全てのレーダーがトランスポンダに呼び掛ける可能性が無く、その場合動作112が応答の平均レートに関して信頼性が高い結果を与えること、または
-トランスポンダに呼び掛ける可能性がある全てのレーダーが管制センターに接続されていて、自身のデータを当該管制センターへ送信し、その場合補完的動作113の実行により応答の平均レートに関して信頼性が高い結果を与えることが可能になること、が確認された領域内に目標が存在する場合に運用動作中は永続的に実行することができる。
-アンテナの主ローブに対応する「Sum」チャネルまたはΣチャネルと呼ばれる第1のアップリンクおよびダウンリンクチャネル2101、
-一般にダウンリンクである(ここで注目するのは方位角チャネル)「差分」チャネルまたは「DIFF」あるいはΔチャネルと呼ばれるダウンリンクチャネル2102、
-公知のように、RSLS(受信側ローブ抑制)受信におけるISLS(呼び掛け側ローブ抑制)送信においてアンテナのSumチャネルパターンの二次ローブが受信した信号を判定可能にする管制チャネルまたはCONTチャネルあるいは「Ω」チャネルまたはSLS(サイドローブ抑制)チャネルと呼ばれる第2のアップリンクおよびダウンリンクチャネル2103、に対応する3個の放射パターンを示すべく構成されたアンテナ21を含む従来型レーダーである。
1)示されるパターンの個数:
-4パターン:Sum(Σチャネル)、差分(Δチャネル)、前方管制(CONT_Frontチャネル)および後方管制(CONT_Backチャネル)、
-3パターン:Sum(Σチャネル)、差分(Δチャネル)、および管制(CONT_FrontおよびCONT_Backチャネルはアンテナのレベルでグループ化されている)、
-2パターン:Sum(Σチャネル)、差分および管制(Δチャネル、CONT_FrontおよびCONT_Backの各チャネルはアンテナのレベルでグループ化されている)。
2)パターンの幅寸法:大きな幅のアンテナにより、公知のように高い利得および強い選択性並びにより正確な方位角を与える薄い主ビーム(Sumチャネル主ローブ)を形成することが可能になり、
3)パターンの高さ寸法:
-大垂直開口(すなわちLVA)型の高さが高いアンテナは顕著な利得を示し、地面反射(基本的にATCで有用)からの保護を与え、
-「ビーム」型の高さが低いアンテナは可動性を提供する。
送信器の動作は、二次レーダーが用いる異なる通信プロトコル、すなわちIFF、SSRおよびモードSに対して同様である。
受信器の動作は、異なるIFF、SSRおよびモードSプロトコルに対して同様である。
上述の目的のため、実時間管理モジュール26は、送信器24がSum2101および管制2103チャネルを介してRF信号形式で送信した呼び掛けの実時間管理を行う。
上述の目的のため、信号処理モジュール27は、アンテナの異なる受信チャネル2101、2102および2103が受信したRF信号を用いて、トランスポンダが送信した同期応答の検出および復号化を保証する。RF信号とはすなわち、
-アンテナパターンの主ローブが受信した応答を検出すべく、Sumチャネルが受信したRF信号、
-アンテナパターンの主ローブが受信した応答の方位角を特に精密に特定すべく、差分チャネルが受信したRF信号、
-アンテナパターンの二次ローブが受信した応答を拒絶すべく、管制チャネルが受信したRF信号である。CONTチャネルを介した受信により、公知のように、アンテナ21のSumチャネルの二次ローブが受信した、トランスポンダから発せられた応答を識別して遮断(すなわち、レーダーこれらを考慮に入れるのを防止)することが可能になる(RSLS機能)。
上述の目的のため、管理および順序付けモジュール28は、
-対象方位角に対して主アンテナローブ内に存在する目標を考慮に入れること(レーダービームスケジューリング)、
-モードS呼び掛けおよび応答を、直前に実行されたトランザクションの状態の関数として、「点呼」モードでの動作の将来の期間内に配置することを保証する。ここで想起されるのは、公知のように、「点呼」モードでの動作の期間は、アンテナのSumチャネルパターンの主ローブ内に存在する、搭載トランスポンダがモードSで動作する航空機毎に交信(呼び掛けおよび応答)が従来選択的に実行される時間区間からなる。
上述の目的のため、マルチターン管理モジュール2111は、将来アンテナランデブーを行う航空機の位置の予測と、外部からの要求および以前に実行したトランザクションの状態に応じて実行するタスクの準備とを保証するモジュールを含んでいる。
-トランスポンダの感度を点検する場合(ステップ12)、周波数1030MHz(レーダー送信周波数)での主Sumチャネルローブのパターン31を考慮し、
-トランスポンダの出力を点検する場合(ステップ11)、周波数1090のMhz(トランスポンダ送信周波数)での主Sumチャネルローブのパターン32を考慮する。
-送信に有効なISLS機能がトランスポンダを遮断し、
-受信に有効なRSLS機能が、二次ローブが受信したかまたは主ローブ32の外側領域が受信した非同期応答を除去する。これらの外側領域は特に、中心角領域の外側に位置するSumチャネルパターンの主ローブの領域内にあって、主Sumチャネルローブ32の中心軸51の回りに、ATC二次レーダーアンテナに対して±2°の方位角にわたり典型的に延材している。
このように、目標からの距離に依らず、レーダーが求める応答、すなわちトランスポンダが検出した呼び掛けに対する応答がレーダーにより検出可能である。
上述の目的のため、トランスポンダである最も弱いリンクにより送信された全ての応答が、当該応答の要求側により正しく検出できるように、ダウンリンクは好適にはアップリンクよりも僅かに強力である。
第1のステップは、注目するトランスポンダの送信出力を測定する第1の動作111、およびトランスポンダの応答の局所平均レートを測定する第2の動作112を含んでいる。
-各応答に対して、レーダーが受信した信号(レーダープロット線)の出力を計算するステップと、
-アンテナの軸に最も近い応答(不整合が最小の応答)に対して計算された出力の平均を計算するステップと、
-仰角の減衰を考慮して、すなわち仰角におけるアンテナの最大利得を有する目標の実際の仰角に対する利得の減少を考慮することにより、得られた平均に重み付けするステップと、
-各種の送信損失、すなわちケーブルおよび回転ジョイント等のレーダー固有の損失だけでなく、レーダーと航空機との距離に起因する周波数1090MHzでの伝搬損失、更にはレーダーサイトの、およびレーダーからの航空機の距離および仰角で示される位置の特徴的な大気損失を考慮することによりトランスポンダの送信出力を計算するステップと、
-計算された送信出力の値をICAO規約(添付文書10)の関数として決定された閾値と比較して、トランスポンダの出力が必要な出力に合致する(動作条件を満たすトランスポンダ)か、または不良あるいは不完全な動作を特徴付ける不充分な出力であるか否かを判定するステップからなる。
PTr=PRecept+LLobe_azim+(LLobe_elev-GRecept )+LRecept
+(LAtm+LLobeTr+R+f(frequence)) [01]
ここに、
PTrは、レーダーが認識したトランスポンダによる周波数1090MHzでの放射の出力(dBm単位)を表し、
PReceptは、レーダーの受信器が受信した応答の出力(dBm単位)を表し、
LLobe_azimは、方位角の関数としてレーダーアンテナの利得の損失(dB単位)を表し、
LLobe_elevは、仰角の関数としてレーダーアンテナの利得の損失(dB単位)を表し、
GReceptは、受信時のレーダーアンテナの最大利得(dB単位)を表し、
LReceptは、レーダーの受信器とアンテナとの間の損失(dB単位)を表し、
LAtmは、大気の損失(dB単位)を表し、
LLobe_Trは、仰角におけるトランスポンダのアンテナの利得の損失(dB単位)を表し、
Rは、航空機とレーダーの距離に起因する伝搬損失(dB単位)を表し、
f(frequence)は、周波数1090MHzの関数である定数を表す。
上述の数量の大部分は各レーダーの工場製造(GRecept)および現場設置(LRecept)時点で決定され、他のものは、ローブ(LLobe_azim)内の応答であっても、目標位置の関数として動的に決定される(R、LLobeTr、LAtm、LLobe_elev)。
-有効ローブ(EBWすなわち「有効ビーム幅」)を画定するためのレーダー(RSLS、ISLS)および目標からの距離の設定、
-検出されたが、複数の応答の重複に起因してレーダーにより復号化されなかった応答をここではトランスポンダからの応答(但しレーダーにより復号化されていない)と見なして、レーダーの検出限界によりトランスポンダの性能が損なわれないようにするという事実も考慮に入れることにより計算される。
-各単位時間(典型的には1秒程度)毎に共通の監視領域内を移動する航空機毎に応答の大域的平均レートを計算する。この数値は、トランスポンダの応答の平均レートを非常に反映して、注目するトランスポンダの故障が実際に観察されているか否かを判定可能にする。
-航空機の応答の上述の平均レートが低下する地理的領域を登録する。この過度に呼び掛けが行われる地理的領域に関する知識は、提供する管制の安全性を向上させるべく、変更される領域に関するセンサの設定につながり得る。
-所与の呼び掛け75に対してレーダーに返事が到達しなくなるか、または
-主アンテナローブ32の不整合、すなわち一般に用いられる種類のアンテナでは典型的に-3.5°の不整合が、アンテナの主Sumチャネルローブによりカバーされる領域から航空機がまもなく出る限界値と考えられる値に到達するまで送信される。この限界を図7の実線71で例示する。
STr=
=PRadar-LLobe_azim-LLobe_elev+GRadar-LRadar
-(LAtm+Llobe Tr+R+f(frequence)) [02]
ここに、
PRadarは、レーダーの送信器により効果的に生成された呼び掛け信号の出力(dBm単位)を表し、
LLobe_azimは、レーダーアンテナの方位角の利得の変化(dB単位)を表し、
LLobe_elevは、レーダーアンテナの仰角の利得の変化(dB単位)を表し、
GRadarは、送信時のレーダーアンテナの最大利得(dB単位)を表し、
LRadarは、レーダーの送信器とアンテナとの間で損失(dB単位)を表し、
LAtmは、大気の損失(dB単位)を表し、
LLobe_trは、仰角におけるトランスポンダアンテナの利得の変化(dB単位)を表し、
Rは、伝搬損失(dB単位)を表し、
f(frequence)は、周波数1030MHzの関数である定数を表す。
-使用可能な時間25msまたは100ms内で実行可能な点呼の個数と、
-測定対象、すなわち、
-ICAOが定めた制約が守られていることを確認し、
-テストに割り当てられた時間内にトランスポンダが生成できる応答の最大個数を探索することが可能な対象とを考慮に入れることにより決定される。
-他のレーダーとカバー範囲が共有されるセクターに位置しておらず、
-他の航空機とレーダーを分離する境界に位置しておらず、
-注目するレーダーにより管制された航空機の機数が比較的少なく、回転毎の目標の運用時検出が優先される区域に位置する領域内を移動している間に実行される。
2101、2102、2103 受信チャネル
22 回転ジョイント
23 デュプレクサ
24 送信器
25 受信器
26 実時間管理モジュール
27 信号処理モジュール
28 管理および順序付けモジュール
29 抽出器モジュール
211 モジュール
2111 マルチターン管理モジュール
2112 目標追跡(関連付けおよび追跡)モジュール
31、32 主ローブ
33、34 アンテナパターン
35 差分パターン
36 DIFFチャネルローブ
41、42 利得の変化
51 主軸
52 地理的方位角
53、54 破線
55、56 実線
57、58 トランザクション
61 理論感度閾値
71 実線
72 理論感度閾値
73、74 追加的呼び掛け
75 呼び掛け
81、82 選択的呼び掛け
83 不整合
91 追加的呼び掛け
1001 大域的管理タスク
1003 要求
1004 管制メッセージ
1005 追加的呼び掛け
1006、1008 メッセージ
1007 応答
Claims (12)
- 二次航空交通監視レーダーによりカバーされる領域内を移動する航空機の二次レーダートランスポンダの正常動作のテストを実行する方法であって、
-第1のステップ(11)、すなわち、
-前記レーダーが送信した各呼び掛けに応答して、前記トランスポンダから受信した出力の測定値から、前記トランスポンダの送信出力を測定する動作(111)と、
-前記レーダーが送信した呼び掛けに対する前記トランスポンダの応答の平均レートの測定を、前記トランスポンダから発せられた応答を前記レーダーが受信した前記呼び掛けの個数をカウントすることにより実行する動作(112)とを実行し、且つ
前記レーダーの動作パラメータが運用時動作パラメータから変更されない状態で実行される第1のステップと、
-前記トランスポンダの感度を測定する動作を実行する第2のステップ(12)、すなわち前記送信出力レベルが時間経過に伴い増減する状態で追加的呼び掛けを送信することにより、且つこれを下回れば前記トランスポンダが応答を送信しない、最初の呼び掛けの送信出力レベルを判定することにより実行される第2のステップであって、
前記レーダーのアンテナのSumチャネルの主ローブ内に航空機が位置したままでの最後の運用時呼び掛けに続く時間区間中、測定に必要な追加的呼び掛けを実行できるように前記レーダーの動作パラメータを変更することにより実行され、前記トランスポンダの方向への送信出力が前記トランスポンダの感度閾値を規定する第2のステップと、
-所与持続期間を有する短い時間区間中に前記トランスポンダが維持できる応答の最大レートを測定する動作を実行する第3のステップ(13)、すなわち前記動作が、複数の追加的呼び掛けを送信することにより、且つ前記トランスポンダが応答を送信した呼び掛けの個数をカウントすることにより実行される第3のステップであって、
前記航空機が前記レーダーのアンテナのSumチャネルの主ローブ内に位置したままでの最後の運用時呼び掛けに続く時間区間中、前記トランスポンダからの応答を無くさせるのに充分な個数の一連の呼び掛けを送信できるように前記レーダーの動作パラメータを変更することにより実行される第3のステップとを含んでいることを特徴とする方法。 - 前記第1のステップ(11)の前記出力測定動作(111)が、前記トランスポンダへ送信された運用時呼び掛けまたは追加的呼び掛けから実行されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のステップ(11)の前記トランスポンダの応答の局所平均レートを測定する前記動作(112)が、アンテナの回転毎に、前記トランスポンダへ送信された呼び掛けの個数と、有効EBWローブで得られた応答の個数との比率の詳細な計算を実行することにより、且つ所与の回数のアンテナ回転またはアンテナランデブーにわたる前記比率の平均値をスライド方式で計算することにより行われることを特徴とする、請求項1または2のいずれか1項に記載の方法。
- マルチレーダー動作構成において、前記第1のステップ(11)の前記トランスポンダ(112)の応答の局所平均レートを測定する動作の実行が、所与の時間区間中に前記レーダーが送信した呼び掛けに対する応答が無い場合に、呼び掛けられた航空機が、注目するマルチレーダー構造に同じく属する別のレーダーに対する応答の送信でビジー状態にあるか否かを判定可能にする補完的動作(113)を含んでいて、考慮する応答の欠如はこの場合上述のようにカウントされず、応答の大域的平均レートは、他のレーダーが送信した呼び掛けに対する応答の有無に基づいて決定されることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記第2のステップの感度測定動作(12)が、前記トランスポンダへの送信出力を漸次低下させることにより実行され、前記トランスポンダへの送信出力が、理論感度閾値(72)よりも大きく且つ当該閾値を含む出力区間内にある所与の出力値を下回ったならば直ちに、前記レーダーにより追加的呼び掛け(73~74)が送信され、一連の追加的呼び掛けが送信される間、前記レーダーへ更なる応答が送信されなくなるまで前記トランスポンダへの送信出力が低下し、前記トランスポンダが応答した最後の呼び掛け(74)で前記トランスポンダへ送信された信号の出力と、前記トランスポンダが応答しなかった場合の信号の出力との平均値が、前記トランスポンダの測定された感度レベルを決定することを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項による方法。
- 前記レーダーの送信器の送信出力が所与のデシベル値だけ低下していて、前記航空機の方向に主Sumチャネル送信ローブが整合していないため、前記トランスポンダへの送信出力が、前記トランスポンダの理論感度閾値(72)を含む出力区間内で変化したならば直ちに、出力レベルが低下した前記レーダーにより追加的呼び掛け(73~74)が送信されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 最初の追加的呼び掛けから、前記トランスポンダが応答を送信しないか、または前記最後の追加的呼び掛けが行われた際に前記トランスポンダが引き続き応答を送信する場合、前記感度測定ステップが次のアンテナ回転で、先の測定における送信出力を各々上回るかまたは下回る前記送信器からの送信出力で再度実行されることを特徴とする、請求項5または6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記送信器が、差分チャネル送信ローブを介して前記トランスポンダへ所与の出力で信号を送信すべく構成されていて、前記航空機の方向に前記差分チャネル送信ローブが整合していないため、前記トランスポンダへの送信出力が、前記理論感度閾値(72)を下回る所与の出力値を上回り、且つ前記理論閾値(72)を含む出力区間内で増大したならば直ちに前記レーダーにより追加的呼び掛け(81~82)が送信され、一連の追加的呼び掛けが送信される間、前記レーダーへ応答が送信されるまで前記トランスポンダへの送信出力が増大し、前記トランスポンダが応答した最初の呼び掛け(82)でトランスポンダへ送信された信号出力と、前記トランスポンダが応答しなかった最後の呼び掛けとの平均値が、前記トランスポンダの測定された感度レベルに対応すると考えられることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記トランスポンダへの送信出力値が、考慮する出力区間の上限を上回っている間にトランスポンダが依然として一切応答を送信しないか、または前記トランスポンダが前記最初の呼び掛けから応答を送信する場合、測定の送信出力を各々上回るか下回る前記送信器の送信出力で前記感度測定ステップが次のアンテナ回転で再度実行されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記トランスポンダの応答の最大レートを測定する動作が、最後の前記選択的運用時呼び掛け(58)が首尾よく実行されたならば直ちに、注目するトランスポンダへ、測定対象の応答の最大レートの時間区間と整合する時間区間だけ互いに分離された一連の追加的呼び掛け」(91)を送信することにより、且つ応答が無いままの前記最初の呼び掛けまで前記トランスポンダが送信した応答をカウントすることにより、並びに所与の時間単位について最大レートの測定を確立すべく最長応答時間を決定することにより実行され、前記レートを、適用可能な規制により課される最低レートと比較して前記トランスポンダの状態を判定することを特徴とする、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記異なるステップ(11、12および13)が、前記航空機の飛行中にアンテナの回転毎に複数回実行され、各測定で得られた結果を用いて各測定のサンプルの個数および前記測定値を得るための条件により重み付けられ測定された特徴の値の平均を計算することを特徴とする、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記異なるステップ(11、12および13)が、複数のレーダーにより同一の航空機に対して実行され、前記各々のレーダーにより得られた測定値を用いて各測定のサンプルの個数および前記測定値を得るための条件により重み付けられ測定された特徴の値の平均を計算することを特徴とする、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
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