JPS6034073B2 - 航空機衝突防止用測距方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は航空機の衝突を防止する為の監視方式，更に詳
しくは自航空機が独自で或は地上二次監視レーダ・シス
テムのバック・アップを受けて周辺空域を飛行中の他航
空機を監視する方式に関する。

航空機の衝突を防止する為には目航空機とその周辺を飛
行する他航空機との相対的位置関係を常時適確に把握す
る必要があるが、従来から広く用いられている地上二次
レーダと航空機に備えたＡＴＣトランスポンダ間の交信
のみによっては目からは自航空機とその周辺を飛行する
他航空機との相対的位置関係を正確に知ることは不可能
であつた。

その為本願発明者は特公昭４８一２９３５８号に於いて
航空機にＡＴＣトランスポンダの他地上二次監視レーダ
の備える質問局と同等の機能を有する質問局を自航空機
に搭載することによって目から自航空機とその周辺を飛
行する他航空機との相対的位置関係を監視することを提
案した。

しかしながら上言己方式を用いる場合目航空機に搭載し
た質問局にて常時質問信号を発することは地上二次監視
レーダ・システム全体のフルーツ雑音を増大させ航空管
制に多大の障害を及ぼす危険がある。

本発明は本願発明者等による上述の基本発明が包含する
問題を解決すべくなされたものであって、自航空機にＡ
ＴＣトランスポンダと質問局とを併致し、平常時は所定
の送信出力と送信周期にて質問信号を発しつつ航行する
がこの質問信号或は地上二次監視レーダの質問信号に応
答する他航空機のＡＴＣトランスポンダ応答信号を受信
した場合にはその信号によって自他航空機の相対距離を
検出しその距離の大小に対応して前記目航空機に搭載す
る質問局が発する質問信号の送信出力及び質問周期を夫
々高出力／大周期及び低出力／小周期とする、更に必要
であれば自他航空機の高度差，接近率をも検出しこれら
の大小に応じて質問信号の送信出力及び質問周期を予じ
め設定したプログラムに従って自動的に変更する航空機
衝突防止用監視方式を提供することを目的とする。

以下，本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。第１図は本発明に係る監視方式の構成及びその作
用を説明する図である。

即ち、地上二次監視レーダ装置１は質問局２からの質問
信号をアンテナ３から発射するようになっており、該質
問信号電波の韓射パターンは点線４の如くであるものと
する。

この頚射パターン中にＡＴＣトランスポンダ５と前記地
上二次監視レーダ装置１の質問局と同等の機能を有する
質問局６とを搭載した自航空機７及びＡＴＣトランスポ
ンダ８のみを備えた他航空機９が進入した場合を仮定す
る。尚、図上１０及び１１は夫々目航空機のＡＴＣトラ
ンスポンダ及び質問局の共通アンテナ及び他航空機ＡＴ
Ｃトランスポンダのアンテナである。さて上述の如き状
況に於いて自他航空機の相対的距離を測定する周知の手
法として受動的側距法及び能動的側距法がある。

受動的側距法とは以下の如き方法を云う。即ち前記地上
二次監視レーダーの質問局２が発した質問信号は自他航
空機７及び９のＡＴＣトランスポンダ５及び８が受信す
るが、他航空機９のＡＴＣトランスポンダ８は一定時間
の後無指向性アンテナ１１によってその応答信号を発す
る。自航空機７の質問機６はこの信号をも前記地上二次
監視レーダーの質問局の信号よりも上記一定時間遅れて
受信する。又、法規で定められた送信強度にて送信され
る前記他航空機９のＡＴＣトランスポンダ８の応答信号
の受信レベルを検出することも容易である。

以上の情報，即ち前記地上二次監視レーダーの質問信号
と他航空機９のＡＴＣトランスポンダ８応答信号との受
信時刻の差及び他航空機９のＡＴＣトランスポンダ８応
答信号の受信レベルから第２図に示す如く自他航空機の
既略の相対的距離及び位置は判明する。第２図は上述の
方法による池航空機位置割り出し手順を説明する図であ
る。

即ち、前記受信々号の時間遅れから池航空機９は自航空
機７と地上二次監視レーダ装置１のアンテナ３とを焦点
とする回転楕円体１２の周上を飛行していることは明ら
かである。

又、前記ＡＴＣトランスポンダ８の応答信号の受信レベ
ルから池航空機９は自航空機７を中心とするある半径の
球面１３上に存することも明らかである。従って他航空
機９は前記地上二次監視レーダの電波幅射パターン４中
であって前記回転楕円体１２と球１３との交叉する円周
上のいずこかを飛行中であることは判る。しかし上述の
受動側距方式だけでは本来的に他航空機の機位を特定し
得ないのみならず他航空機ＡＴＣトランスポンダの応答
信号車富射パターンも自他航空機の姿勢等によって必ず
しも一定しないこと、更に地上二次監視レーダ、目航空
機及び他航空機が一線上に並ぶ場合も考えられることか
ら本洩り距方式だけに頼ることにはかなりの不安がある
。

そこで能動側距，即ち前記目航空機７に備えた質問局６
から直接他航空機９に質問信号を送りその応答信号を受
けるようにし、前記質問局６の質問信号送信時刻と他航
空機９のＡＴＣトランスポンダ８からの応答信号受信時
刻との間の時間差を計測すれば自他航空機間の距離を極
めて正確に知ることが可能である。

しかしながら上述の能動側距法によれば自他航空機が地
上二次監視レーダの電波ビーム内を飛行中の場合にはそ
のレーダ・システム全体のフルーツ雑音を増大させるの
みならず自他航空機間での質問・応答中には更に他の航
空機のＡＴＣトランスポンダ応答信号に対しては不感と
なるという欠陥があり、システム全体にとって多大の障
害をひき起す場合のあること前述のとうりである。

この問題を解決する為、本発明に於いては以下の如き監
視方式を用いる。即ち、自航空機７にはＡＴＣトランス
ポンダ５と質問局６とを併戦し、前記地上二次監視レー
ダーの電波ビーム圏を飛行中であると否とに拘らず平常
時は自航空機７の質問機６から送信出力例えば３０Ｗａ
ｔｔ（Ｐ−Ｐ，以下同じ），質問周期１本ｅｃにて質問
信号を韓射する。

この値はほ）、５ｎｍ以内にある他航空機のＡＴＣトラ
ンスポンダが応答しうる送信レベルであり，確率的に
音速機同志が衝突を予防するに必要な質問周期の限界値
と考えられる。今、仮に地上二次監視レーダーの質問信
号に応答した池航空機９のＡＴＣトランスポンダ８から
の応答信号を受信したものとし、自他相対距離が前述の
受動側距によって約ｌｍｍであった場合，自航空機７の
質問局６が発する質問信号の質問周期は固定したままそ
の出力を自動的に１００Ｗａｔｔに上げ監視範囲を１仇
ｍ以上に拡大する。

而してこの状態は他航空機が受動若くは能動側距又は両
者による側距結果が衝突の虞れの絶無となる例えば１３
ｎｍになるまで継続する。一方、自航空機７の備える質
問局６による能動側距の結果自他航空機の相対距離が５
．５ｎｍから３．５ｎｍに至る間に於いては質問信号の
出力を３０Ｗａｔｔに固定したままその送信周期を従前
の１公ｅｃから＄ｅｃに至る間で前記相対距離に応じて
連続的に自動変化せしめる。

この場合先の側距結果で後の質問周期を決定するように
すればよい。尚、この質問信号を送信する間隙をぬって
前記受動側距を継続し、能動側距をバックアップする。
更に他航空機９が則ｍ以遠に去った場合には夫々質問信
号の送信出力及び周期を前述の１００Ｗａｔｔ及び１公
ｅｃに自動的に復帰せしめこの状態を相対距離が１が，
Ｍとなるまで維持すればよい。

切り換えればよい。以上の実施例によれば目航空機は常
時出力３０Ｗａｔｔ，質問周期１本ｅｃの地上二次監視
レーダによって守られているのと等価となりしかも自他
航空機が地上二次監視レーダの監視下に飛行中の場合に
は該レーダ・システムに対する擾乱，妨害を極限するよ
う能動側距を行っていることが理解されよう。

尚、上述の実施例に於いては能動，受動の両側距法を併
用した場合についてのみ説明したが，例えば自他航空機
が共に地上二次監視レーダの電波ビーム圏外を飛行して
いる場合には能動側距のみが機能していることはいうま
でもない。

この他質問信号に対するＡＴＣトランスボンダ応答信号
には高度情報が含まれているので、該情報を利用して自
他航空機の高度差を検出することも容易である。

この場合には距離の大小と共に高度差の大小を併せ考慮
して自動的に自航空機の質問局が発する質問信号の送信
出力／質問周期を夫々高出力／大周期及び低出力／小周
期となる如く自動的に切り換えてもよい。更に複数回の
能動側距の結果自他航空機の接近率を検出することも容
易であるからその大小によって質問周期を夫々小周期及
び大周期となるよう自動的に切り換えてもよい。

尚、この場合には質問信号送信出力は自他航空機の相対
距離によって考慮すべきことはいうまでもない。尚、更
に今日のタービン・エンジンを備えた航空機は低高度に
於いては高速で飛行することは技術的にも又法規上も不
可能であるから自他航空機の接近率も小さく、飛行高度
が高くなれば接近率は必然的に大きくなることが予想さ
れるから質問信号の周期を決定するパラメータとして飛
行高度を加味するのも効果的である。以上説明した如き
監視方式を実現する為には例れま第３図に示すようなシ
ステムを自航空機に搭載すればよい。

即ち、前記アンテナ１０を切換スイッチ１４を介して前
記ＡＴＣトランスポンダ５及び質問局６と接続し、前記
地上二次監視レーダ１或は他航空機９搭載のＡＴＣトラ
ンスポンダ８からの質問信号又は応答信号入力端子を分
波器１５を介して一方を前記ＡＴＣトランスポンダ５に
他方を受動側距回路１６に接続する。一方，前記切換ス
イッチ１４の質問信号送受信端子を方向性結合器１７を
介して送信機１８及び受信機１９に接続すると共に前記
ＡＴＣトランスポンダ５，受動側距回路１６及び質問局
６の受信機１９の出力を夫々中央演算装置２０１こ入力
するようにする。

而して該中央演算装置２０に於ける演算結果を前記質問
局６の送信機１８に送ると共に前記切換スイッチ１４を
コントロールし、更に必要なら前記演算結果をデスプレ
ーに出力する端子２１を設けるよう横成する。上述の如
く構成する航空機衝突防止用監視装置は以下に説明する
ように動作する。

即ち、アンテナ１川こ入力した地上二次監視レーダーか
らの質問信号或は他航空機からの応答信号は前記切換ス
イッチ１４を介して分波器１５にてＡＴＣトランスポン
ダ５及び受動センサー ６の両者に送られ前記ＡＴＣト
ランスポンダ５は前述の経路を逆にたどって直ちに応答
信号を発する。

一方、質問局６の送信機１８は中央演算装置２０によっ
て制御される質問周期にて質問信号を発し、一方向結合
器１７及び前言己切換スイッチを介して送信すると共に
その応答信号を受信機１９にて受信する。前記ＡＴＣト
ランスポンダ５，受動センサ１６及び前記受信機１９の
出力をうけて前記中央演算装置２川ま内蔵するプログラ
ムに従い所要の演算を行い前記送信機１８の次の質問信
号の出力と質問周期を設定すると共に必要なら所要の警
報等を図示しないディスプレイ等に出力するよう指令す
るものである。前述した受動，能動両側距の結果から、
自他航空機の相対距離，高度差及び接近率を計算するこ
と自体は容易であるがこの結果に基づいて地上二次監視
レーダ・システムに対する妨害を最小にしつつしかも適
切な監視を行うべく自航空機の質問局が発する質問信号
の出力，周期を制御するにはシミュレーション・テスト
によって最適プログラムを作成する必要があることはい
うまあるまい。

本発明は以上説明した如く構成し、かつ機能するので地
上二次監視レーダ・システムに与える妨害を最小に押え
しかも自他航空機の相対位置関係を自航空機に於いて適
確に把握しうるので航空機の衝突を防止する上で著しい
効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る監視方式を実現する為のシステム
構成を説明する図，第２図は受動側距によって他航空機
の相対位置を推定する手順を説明する図，第３図は自航
空機に搭載する監視システムの−実施例を示すブロック
図である。 １・・・・・・地上二次監視レーダ、５及び８・・・・
・・自他航空機搭載のＡＴＣトランスポンダ、６・・・
・・・質問局、７及び９・・・・・・目及び他航空機。 多ノ図炎乙函 多３幻

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自航空機にＡＴＣトランスポンダ及び二次監視レー
   ダの質問局と同等の機能を有する質問局を備え、平常時
   には一定の周期にて所要送信出力の質問信号を発しつつ
   航行すると共に前記自航空機塔載の質問局或は二次監視
   レーダ質問局の質問信号に応答する他航空機を検出した
   場合には前記自航空機塔載質問局が発する質問信号の送
   信出力及び質問周期を他航空機との間の相対距離の大小
   に対応して夫々高出力／大周期及び低出力／小周期とな
   る如く予じめ設定したプログラムに従つて自動的に変更
   することによつて自航空機周辺を飛行する他航空機の位
   置を監視すると共に地上二次監視レーダ・システムへの
   妨害を極限したことを特徴とする航空機衝突防止用監視
   式式。 ２ 前記他航空機が備えるＡＴＣトランスポンダの応答
   信号に含まれる高度情報によつて自他航空機の高度差を
   検出し、該高度差の大小に対応して夫々前記自航空機塔
   載の質問局が発する質問信号の送信出力及び質問周期を
   夫々高出力／大周期及び低出力／小周期となる如く予じ
   め設定したプログラムに従つて自動的に変更するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲１記載の航空機衝
   突防止用監視方式。 ３ 前記自航空機が備える質問局と他航空機が備えるＡ
   ＴＣトランスポンダとの間に於ける複数回の質問信号に
   対する応答に要する時間の変化量から自他航空機の接近
   率を検出し、該接近率の大小によつて質問局が発する質
   問信号の送信周期を夫々小周期及び大周期とする如く予
   じめ設定したプログラムに従つて自動的に変更するよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲１記載の航空機
   衝突防止用監視方式。