KR20200000806A - 거짓 ads-b 타겟들을 검출하고 로케이팅시키기 위한 방법 및 그러한 방법을 구현하는 세컨더리 레이더 시스템 - Google Patents

거짓 ads-b 타겟들을 검출하고 로케이팅시키기 위한 방법 및 그러한 방법을 구현하는 세컨더리 레이더 시스템 Download PDF

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Abstract

ADS-B 스푸퍼는 거짓 ADS-B 스퀴터이고, ADS-B 스퀴터는 세컨더리 레이더들에 송신된 항공기 포지션 정보 신호이며, 상기 ADS-B 스퀴터들은 상기 레이더의 회전에서의 안테나의 상이한 베어링들에서 시간에 걸쳐 검출되고, 방법은, 각각의 세컨더리 레이더에 대해 적어도 다음의 단계들을 포함한다:
- ADS-B 스푸퍼의 검출의 제 1 단계;
- 상기 ADS-B 스푸퍼 발생기의 방위에서의 포지션의 로케이션의 제 2 단계, 상기 제 2 단계는 다음의 동작들을 포함한다:
Figure pat00036
ADS-B 스퀴터의 검출 시에 안테나의 합계, 차이 및 제어 패턴들 상의 수신 전력들의 그리고 세컨더리 레이더의 안테나의 방위의 측정;
Figure pat00037
검출된 각각의 ADS-B 스퀴터에 대한 상기 스푸퍼의 방위의 적어도 하나의 가정의 생성 및 저장, 상기 가정은 상기 안테나의 방위의 그리고 상기 스푸퍼의 추정된 베어링의 합계와 동일하고, 상기 추정된 베어링은 한편으로는 제어 패턴 상의 수신 전력에 대한 합계 패턴 상의 수신 전력의 비율에 의해서 그리고 다른 한편으로는 제어 패턴 상의 수신 전력에 대한 차이 패턴 상의 수신 전력의 비율에 의해서 특징지어진다.

Description

거짓 ADS-B 타겟들을 검출하고 로케이팅시키기 위한 방법 및 그러한 방법을 구현하는 세컨더리 레이더 시스템{METHOD FOR DETECTING AND LOCATING FALSE ADS-B TARGETS AND SECONDARY RADAR SYSTEM IMPLEMENTING SUCH A METHOD}
본 발명은 거짓 ADS-B 정보의 발생기들의, 세컨더리 레이더에 의한, 검출 및 로케이션을 위한 방법에 관한 것이다. 그것은 또한, 그러한 방법을 구현하는 세컨더리 레이더들의 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 분야는, 다른 것들도 있지만 타겟들의 포지션의 리프레쉬의 레이트의 증가가 비행기들을 함께 더 가깝게 가져와서 비행기들이 이륙 및 착륙하는 레이트를 증가시키는 항공 교통 관제 (air traffic control; ATC) 이다. 비행기들에 의해 공급되는 포지션 정보는 레이더 인테로게이션 (interrogation) 신호들에 응답하여 트리거되지 않고, 하지만, 비행기들의 송신 수단으로부터 자동적으로 송신된다. 이러한 요청되지 않은 포지션 정보는 "스퀴터들 (squitters)", 보다 상세하게는 표현 "자동 종속 감시 - 브로드캐스트 (Automatic Dependent Surveillance - Broadcast)" 로부터 ADS-B_out 스퀴터라고 불린다.
ADS-B_out "스퀴터들" 은 1 초 정도의 기간에 걸쳐 송신되고, 따라서, 4 초 내지 6 초 정도의 레이더의 종래의 기간에 비해, 2 초보다 더 양호한 타겟들의 포지션들의 리프레쉬의 레이트를 잠재적으로 허용한다.
ADS-B_out 정보에 있어서의 하나의 주요 결점은, ADS-B_out 정보가 의존하는 프로토콜인, 모드 S 레이더에 의해 또한 채용되는, 모드 S 프로토콜의 설계에 의해 보호되지 않는다는 것이다. 결과적으로, 진짜 항공기처럼 ADS-B_out 메시지들을 생성하는 지상의 저가 컴퓨팅 머신들에 기초하여 거짓 스퀴터들을 송신하는 거짓 항공기 ("스푸퍼 (spoofer)") 를 시뮬레이팅하는 것이 용이하고 저렴하다.
악의적인 조직들은 따라서, 실제 비행기들 사이에 사건들 또는 사고들을 유발하기까지 함에도 불구하고, ATC 에서의 실제 혼란을 심을 수 있다. 이러한 취약성 때문에, 실제로, ADS-B_out 은 일반적으로, 항공 교통 관제에서 운영상 자립적으로 사용되지 않는다.
WAM (Wide Area Multilateration) 을 이용하여 ADS-B 스퀴터들을 검출하기 이한 솔루션이 문헌에서 제안되었다. 이 솔루션과 연관된 제한들은 WAM 의 것들이다. 커버되는 제곱 미터 당 비용이 상당하고 지리적 커버리지가 제한된다. 마지막으로, 그것은 소형 사이즈들이고 따라서 초점이 맞지 않는 안테나들의 사용으로 인해 전자기적 공해를 야기한다.
본 발명의 하나의 목적은 특히, 전술한 결점들을 극복하기 위한 것이다. 이를 위해, 본 발명의 주제는 적어도 하나의 세컨더리 레이더 (secondary radar) 를 포함하는 레이더 시스템에 의해 ADS-B 스푸퍼 발생기들의 검출 및 로케이션 (location) 을 위한 방법이고, ADS-B 스푸퍼는 거짓 ADS-B 스퀴터이고, 상기 ADS-B 스퀴터는 상기 시스템의 레이더들의 수신기들을 포함하는 수신기들에 송신된 항공기 포지션 정보 신호이며, ADS-B 스퀴터들은 안테나의 상이한 베어링들에서 시간에 걸쳐 검출되고,
상기 방법은, 각각의 세컨더리 레이더에 대해, 적어도 다음의 단계들을 포함한다:
- ADS-B 스푸퍼의 검출의 제 1 단계;
- 상기 ADS-B 스푸퍼 발생기의 방위에서의 포지션의 로케이션의 제 2 단계;
상기 제 2 단계는 다음의 동작들을 포함한다:
Figure pat00001
ADS-B 스퀴터의 검출 시에 안테나의 합계, 차이 및 제어 패턴들 상의 수신 전력들의 그리고 세컨더리 레이더의 안테나의 방위의 측정;
Figure pat00002
검출된 각각의 ADS-B 스퀴터에 대한 상기 스푸퍼의 방위의 적어도 하나의 가정의 생성 및 저장, 상기 가정은 상기 안테나의 방위의 그리고 상기 스푸퍼의 추정된 베어링의 가정의 합계와 동일하고, 상기 추정된 베어링은 한편으로는 제어 패턴 상의 수신 전력에 대한 합계 패턴 상의 수신 전력의 비율들의 쌍 사이의 수렴 (convergence) 에 의해서 그리고 다른 한편으로는 제어 패턴 상의 수신 전력에 대한 차이 패턴 상의 수신 전력의 비율에 의해서 특징지어지고, 안테나의 상이한 알려진 가능한 베어링들에 대해 동일한 쌍들이다.
상기 제 2 단계는, 예를 들어, 주어진 기간에 걸친 상기 가정들의 누적 (accumulation) 을 또한 생성하고, 상기 ADS-B 스푸퍼의 방위는 상기 가정들의 함수이다.
상기 레이더 시스템은 적어도 2 개의 세컨더리 레이더들을 포함하고, 상기 방법은 거리 면에서 상기 ADS-B 스푸퍼 발생기의 로케이션의 제 3 단계를 포함하며, 상기 제 3 단계는 각각의 세컨더리 레이더의 방위 각 세그먼트들을 교차하며, 상기 ADS-B 스푸퍼 발생기로부터 레이더까지의 거리는 상기 교차부로부터 상기 레이더까지의 거리이고, 방위 각 세그먼트는 상기 제 2 단계에서 획득된 방위에 중심을 둔 각도 세그먼트이다.
상기 교차부의 각도 편차는, 예를 들어, 상기 ADS-B 스푸퍼 발생기의 방위의 면에서 로케이션의 정확성을 제공한다.
상기 방위의 가정들의 생성은, 예를 들어:
- 상기 전력의 측정의 정확도;
- 누적된 가정들의 수;
- 안테나 패턴들의 판독의 정확도
중에서 수개의 (several) 편차 공차들 (deviation tolerances) 을 사용한다.
상기 ADS-B 스푸퍼 방위의 가정들은, 예를 들어, 상기 안테나 패턴들의 방위의 면에서의 수개의 정확도들을 병렬적으로 사용하고, 방위는 피치 간격들에 따라 정의되고, 움직이고 있는 스푸퍼 발생기를 로케이팅시키기 위한 방위 피치 간격은 고정된 발생기를 로케이팅시키기 위한 것보다 더 크다.
상기 제 2 단계에서, 상기 가정들은, 예를 들어:
- 고정된 ADS-B 스푸퍼 발생기를 로케이팅시키기 위해, 주어진 시간에 걸쳐서;
- 움직이고 있는 ADS-B 스푸퍼 발생기를 로케이팅시키기 위해서 더 짧은 시간에 걸쳐서
누적된다.
상기 제 2 단계에서, 레이더의 레벨에서의 상기 ADS-B 스푸퍼의 상기 가정들은, 예를 들어, 엘리베이션 (elevation) 에서의 상이한 컷들 (cuts) 에 따른 방위에서의 수개의 안테나 패턴들에 기초하여 수개의 가정들을 병렬적으로 이용함으로써 방위 및 엘리베이션 양자에서 이루어진다.
상기 제 3 단계에서, 상기 시스템은 적어도 3 개의 세컨더리 레이더들을 포함하고, 상기 ADS-B 스푸퍼는, 예를 들어, 각각의 세컨더리 레이더의 입체 각도 세그먼트들의 교차부에 의해 방위, 거리 및 고도의 면에서 로케이팅되며, 입체 각도 세그먼트 (solid angular segment) 는 상기 제 2 단계에서 획득된 엘리베이션에 그리고 방위에 중심을 둔 입체 각도의 세그먼트이다.
상기 제 3 단계에서, 상기 ADS-B 스푸퍼의 로케이션은, 예를 들어:
- 상기 제 2 단계에서 정의된 로케이션의 품질;
- 상기 레이더들의 각각에 의해 정의된 상기 로케이션에 대한 불확실성 (uncertainty);
- 상기 수신기들의 각각에 대한 상기 ADS-B 스푸퍼의 거리
의 함수로서 수행된다.
상기 제 1 단계는, 예를 들어, 상기 레이더 시스템 외부의 검출 수단에 의해 구현된다.
본 발명의 다른 주제는, 전술된 방법의 적어도 처음 2 개의 단계들을 구현하는 세컨더리 레이더이다.
본 발명의 또 다른 주제는, 상기 타입의 적어도 2 개의 레이더들, 및 상기 레이더들과 통신할 수 있고 전술된 방법의 상기 제 3 단계를 구현할 수 있는 프로세싱 수단을 포함하는 세컨더리 레이더 시스템이다. 상기 프로세싱 수단은, 예를 들어, 상기 레이더들 중 하나에 통합된다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들에 비추어 주어진 이하의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
- 도 1 은 모드 S 세컨더리 레이더의 예시적인 블록도이다.
- 도 2 는 도 1 의 레이더의 블록도 상의 본 발명의 하드웨어 구현의 일 예이다.
- 도 3a 내지 도 3j 는 본 발명에 따른 방법의 단계의 일 실시형태의 예시이다.
- 도 4 는 스푸퍼의 방위 로케이션의 그리고 검출의 정확도의 예시이다.
- 도 5a 내지 도 5c 는 본 발명에 따른 방법의 제 3 의 가능한 단계의 구현의 예시이다.
모드 S 세컨더리 레이더의 예시적인 블록도를 제시하는 도 1 과 관련하여, 이러한 레이더의 원리들이 검토된다. 이 원리 (ICAO 에 의해 부록 10 볼륨 4 에서 자세히 정의되는 인테로게이터 (interrogator) 와 항공기 사이의 모드 S 교환들) 는 다음과 같은 것들에 있다:
Figure pat00003
그것의 모드 S 어드레스 (24-비트 필드) 에 의해 지정되는 단일 타겟인 수신자를 나타내거나;
Figure pat00004
또는 아니면 송신기의 식별자 (Code _IC 식별자) 를 나타내는
- 선택적 인테로게이션들을 송신하는 것;
- 선택적 리플라이들을 수신하는 것:
Figure pat00005
그 리플라이들은 타겟의 동일한 모드 S 어드레스인 송신기의 식별자를 나타냄;
Figure pat00006
그 리플라이들의 메인 콘텐츠는 다음과 같은 메시지에 의존함:
。DF4: 고도를 정의함;
。DF5: 아이덴티티 (identity) (코드 A) 를 정의함;
。DF20: 고도 플러스 BDS 레지스터를 정의함, 그것의 넘버는 특히 그것을 요청한 인테로게이션을 통해 알려짐;
。DF21: 아이덴티티 (코드 A) 플러스 BDS 레지스터를 정의함, 그것의 넘버는 또한 그것을 요청한 인테로게이션을 통해 알려짐.
이하의 설명에서, 레이더는, 그것이 본 특허에서 수반되지 않지만 그럼에도 불구하고 세컨더리 감시 레이더의 가장 광범위한 구성에서 존재하는 SSR 및 IFF 프로토콜들을 또한 프로세싱하기 위한 능력들을 갖든지 또는 아니든지 간에, 모드 S 프로토콜의 양태 하에서 주로 고려될 것이다.
그것의 표준 사용에 있어서, 세컨더리 레이더는 동기 모드에서 동작한다, 즉, 그것은 인테로게이션을 송신하고, 그것과 일치하는 리플라이 (reply) 를 기다리며, 이는 그것이 (방위 및 거리에서) 측정에 의해 타겟을 로케이팅시키고 타겟을 (모드 S 어드레스에 의해) 식별하도록 허용한다.
이 태스크를 효율적으로 수행하기 위해, 레이더는 수개의 패턴들 (11, 12, 14, 15) 을 갖는 안테나 (1) 를 구비하고, 그 수개의 패턴들의 역할들은 통상적으로 다음과 같다:
- 인테로게이팅 (interrogating) 하고 타겟으로부터 동기적 리플라이를 검출하기 위한, 이하에서 SUM 으로 표시되는, 합계 패턴 (11);
- SUM 빔에서 타겟을 정교하게 로케이팅시키기 위한, DIFF 로 표시되는, 차이 패턴 (12);
- 메인 SUM 빔에서는 존재하지 않지만 세컨더리 SUM 로브 (lobe) 에 의해 인테로게이팅되는, 안테나에 면하는 타겟들로부터의 리플라이들을 차단하고 거절하기 위한, CONT_front 로 표시되는, 제 1 제어 패턴 (15);
- 안테나의 후방의 (따라서 SUM 빔에서 반드시 존재할 필요는 없지만 SUM 정면의 로브 리크들에 의해 인테로게이팅되는) 타겟들로부터의 리플라이들을 차단하고 거절하기 위한, CONT_back 으로 표시되는, 제 2 제어 패턴 (14).
미션들 (missions) 에 의존하여 그리고 따라서 레이더의 예상되는 효율들에 의존하여, 안테나들은:
- 다음과 같은 수개의 패턴들의 것일 수 있다:
Figure pat00007
4 개의 패턴들: SUM, DIFF, CONT_Front & CONT_Back;
Figure pat00008
3 개의 패턴들: SUM, DIFF, CONT (CONT_Front 및 CONT_Back 은 안테나 레벨에서 결합된다);
Figure pat00009
2 개의 패턴들: SUM, DIFF/CONT (DIFF, CONT_Front & CONT_Back 은 안테나 레벨에서 결합된다);
- 다음과 같은 상이한 치수들의 것일 수 있다:
- 폭에서:
。강한 이득을 제공하는 정교한 (fine) 메인 빔을 가지도록 그리고 방위에서 선택적이고 정확하도록 큰 폭을 가짐;
- 높이에서:
。(주로 ATC 에서) 지면 반사들에 대한 보호 및 이득을 부가하는 LVA (large vertical aperture) 타입의, 큰 높이를 가짐;
。(주로 IFF 에서) 이동성 (mobility) 을 부가하는, "빔" 타입의 작은 높이를 가짐.
SUM 및 DIFF 패턴들은 통상적으로 2.4° 및 10° 사이의 3dB 에서의 로브들로 정교하고, CONT_Front 및 CONT_Back 패턴들은 각각 개별적으로 실질적으로 180° 를 커버하도록 모색된다.
안테나들은 또한:
- "기계적 (mechanical)" 및 회전형이라고 불리는, 고정된 패턴의 것;
- "AESA" 및 고정형 또는 회전형이라고 불리는, 전자적 스캔의, 진화형 패턴 (evolving pattern) 의 것
일 수 있다.
본 특허의 이하의 텍스트에서, 채용되는 안테나 패턴들의 수에 관계없이, 그리고 안테나가 회전형 또는 고정형 안테나인지 여부에 관계 없이, 다른 구성들도 유사하게 다루어짐을 명심하면서, 가장 광범위한 안테나 구성, 즉 4 개의 회전형 안테나 패턴들, 이 설명된다. 하지만, 설명을 단순화하기 위해서, CONT_Front 및 CONT_Back 대신에 CONT 를 이용함으로써 3 개의 패턴들을 갖는 구성을 이용하는 것이 가능할 것이다.
동일한 모드 S 프로토콜 (ICAO 부록 10 볼륨 4 에 의해 상세하게 정의된 메시지들) 을 이용하는 ADS-B 스퀴터 수신기의 기본 원리는 다음에 있다:
- 요청되지 않은, 따라서 비동기식의, 선택적 리플라이들의 수신:
Figure pat00010
그 리플라이들은 송신기의 식별자를 나타냄: 상기 설명된 선택적 인테로게이션들 및 리플라이들 시에 레이터에 송신되는 것과 동일한, 타겟의 모드 S 어드레스 (24-비트 필드);
Figure pat00011
메시지의 콘텐츠의 성질 (DF=17), 그것의 성질은 메시지의 TC 필드에 따라 가변적임:
。1 내지 4 "항공기 식별표시"
。5 내지 8 "표면 포지션"
。9 내지 18 "공중 포지션 (Baro Alt)"
。19 "공중 속도들"
。20 내지 22 "공중 포지션 ((GNSS 높이)"
。23 "테스트 메시지"
。24 "표면 시스템 상태"
。25 내지 27 "예비"
。28 "확장된 스퀴터 AC 상태"
。29 "타겟 상태 및 상황 (V.2)"
。30 "예비"
。31 "항공기 동작 상태".
상기 리스트는 예시적으로 주어졌고, 그것은 표시적이고 개방형이다.
그것의 표준 사용에 있어서, ADS-B_in 수신기는 따라서 비동기 모드에서 동작하며, 즉 그것은 타겟의 식별표시 (모드 S 어드레스) 및 로케이션 (방위 및 거리) 을 위한 레이더의 것과 매우 유사한 모드 S 메시지에 대해 360° 에 걸쳐 리스닝한다.
이 태스크를 효율적으로 수행하기 위해, ADS-B_in 수신기는 다음의 것을 구비한다:
- 통상적 구성인, 360° 를 커버하는 전방향성 안테나;
- 또는 아니면 총 360° 를 커버하는 수개의 와이드-패턴 안테나들:
Figure pat00012
가장 널리 사용되는 구성인, 180° 백-투-백 (back-to-back) 보다 더 큰 커버리지의 2 개의 안테나들;
Figure pat00013
더 드물게는, 120° 보다 더 큰 커버리지의 3 개의 안테나들 또는 사실상 90° 보다 더 큰 커버리지의 4 개의 안테나들;
이것들의 역할은 단지, (합계 타입의) 고유 패턴을 통해, 타겟으로부터 비동기 리플라이를 검출하고, 상기 검토된 포맷들에 따라, 그것의 콘텐츠를 디코딩하기 위한 것이다.
세컨더리 레이더 및 ADS-B_in 수신기가 거의 동일한 메시지들 (동일한 1090　MHz 주파수, 동일한 파형, 동일한 데이터 구조의 리플라이의 메시지) 을 채용한다면, 레이터의 안테나의 상이한 패턴들을 통해서 비동기 ADS-B 스퀴터들을 리스닝하고,
- 전방향성 패턴: CONT 와 연관된 수신 기능에 의해서;
- 또는 아니면, 2 개의 반-전방향성 안테나 패턴들: CONT_front & CONT_Back 중 하나와 각각 연관된 2 개의 수신기들에 의해서,
주로, 하지만 단독으로는 아닌, 전방향성 패턴을 통해서 비동기 ADS-B 스퀴터들을 리스닝함으로써, 비동기 ADS-B 스퀴터들을 리스닝하기 위한 기능을 레이더에 통합하는 것이 용이하다.
비동기 ADS-B 스퀴터들에 대한 리스닝은, 검출에 있어서, CONT 에 추가하여 SUM 또는 심지어 SUM 및 DIFF 패턴들을 또한 채용함으로써 보완될 수 있다. 오직 ADS-B 메시지의 분석만이 ADS-B 에 대해 특정적임에 유의하여야 한다. 나머지 모두는 공통적이다, 특히, 안테나 하강 케이블들, 회전형 레이더의 경우에 회전 조인트, 및 레이더의 모든 안테나 패턴들에 대한, 1090　MHz 신호들의 기저대역으로의 전치. 본 발명을 보다 자세히 설명하기 전에, 도 1 의 모드 S 레이더의 구성 엘리먼트들이 설명된다. 블록도는 모드 S 레이더의 동기적 동작을 나타낸다:
- 인테로게이션들의 생성을 통한 좌측 부분 (100);
- 연관된 리플라이들의 동기적 프로세싱을 통한 우측 부분 (200),
뿐만 아니라, 좌측과 우측 사이의 가로지르는 화살표들을 통한 후자 사이의 동기화들.
주요 엘리먼트들의 기능들은 이하에서 검토된다:
안테나 (1) 는 4 개의 패턴들: SUM, DIFF, CONT_Front 및 CONT_Back, 또는 3 개의 패턴들 (SUM, DIFF, CONT) 에 따라, 또는 2 개의 패턴들 (SUM, DIFF/CONT) 에 따라, 1030　MHz 에서의 인테로게이션들의 그리고 1090　MHz 에서의 반응의 리플라이들의 방사를 보장한다.
회전형 안테나에 대해, 회전 조인트 (2) 및 안테나 하강 케이블들은:
- 레이더의 회전 부분 및 고정된 부분 사이에 4 개의 패턴들에 대해 독립적으로 1030　MHz 에서 송신되고 1090　MHz 에서 수신된 신호들의 RF 커플링;
- 안테나의 메인 로브의 축의 방위 포지션 (201) 의 브로드캐스팅
을 보장한다.
RF 프로세싱은 다음의 것을 포함한다:
- 4 개의 패턴들에 대해 독립적으로, 1030　MHz 에서 송신된 신호들과 1090　MHz 에서 수신된 신호들 사이의 RF 커플링을 보장하는 듀플렉서 또는 서큘레이터 (3);
- 다음의 것을 보장하는 송신기 (4):
- SUM 패턴 상에서 1030　MHz 에서의 인테로게이션들의 송신;
- CONT_Front 및 CONT_Back 패턴들에 의해 1030　MHz 에서 SUM 로브의 외부의 트랜스폰더들의 차단;
- 이것은 상이한 세컨더리 프로토콜들: IFF, SSR 및 Mode　S 에 대한 것임;
- 상이한 세컨더리 프로토콜들: IFF, SSR 및 Mode　S 에 대해, 4 개의 패턴들 SUM, DIFF CONT_Front 및 CONT_Back 상에서 1090　MHz 에서의 리플라이들의 수신을 보장하는 수신기 (5).
실시간 프로세싱은 다음의 것을 포함한다:
- 상이한 세컨더리 프로토콜들: IFF, SSR 및 Mode　S 에 대해, 연관된 인테로게이션들의 주기들 및 리스닝 주기들의 실시간 관리를 보장하는 공간-시간 관리 (6);
- 다음의 것을 보장하는 신호 프로세싱 (7):
Figure pat00014
상이한 세컨더리 프로토콜들: IFF, SSR 및 Mode　S 에 대해 인테로게이션들과 연관된 리스닝 주기들에서의 리플라이들의 프로세싱;
Figure pat00015
다음의 4 개의 패턴들을 채용함으로써 안테나의 메인 로브에서의 동기성 리플라이들의 검출 및 디코딩:
。SUM: 메인 로브에서 수신된 리플라이들을 검출하기 위한 것;
。DIFF: SUM 메인 로브에서 수신된 리플라이들을, 그리고 가능하게는 검출에 대해, 방위에서 정교하게 로케이팅시키기 위한 것;
。CONT_Front 및 CONT_Back: 메인 DIFF 로브에서 검출의 경우에 세컨더리 SUM 및 DIFF 로브들 상에서 수신된 리플라이들을 거절하기 위한 것.
안테나의 메인 로브에서의 프로세싱은 다음의 것을 포함한다:
- 다음의 것을 보장하는, 로브에서 존재하는 타겟들의 관리 (8):
。상이한 세컨더리 프로토콜들: IFF, SSR 및 Mode　S 에 대해 다음 로브에서 수행될 트랜잭션들 (transactions) (인테로게이션들 및 리플라이들) 의 준비;
。방금 수행된 트랜잭션들의 상태의 함수로서 장래의 "롤 콜 (Roll call)" 주기에서 모드 S 인테로게이션들 및 리플라이들의 배치;
- 인테로게이션들 동안 채용되는 프로토콜에 따라 로브에서 수신된 동기 리플라이들로부터, 상이한 세컨더리 프로토콜들: IFF, SSR 및 Mode　S 의 각각에 대한 플롯들의 구성을 보장하는 추출기들 (9).
다중-레볼루션 프로세싱 (10) 은 다음의 것들을 포함한다:
- 이전 레볼루션들의 트랜잭션들의 상태 및 내부 및 외부 요청들에 따라, 타겟들의 포지션들의 예측 (안테나 랑데부), 및 이들 포지션들과 수행될 태스크들의 준비를 보장하는, 커버리지 내에서 타겟들과 수행될 모드 S 태스크들의 관리 (101);
- 퍼포먼스 레벨들 (특히 디코딩된 데이터의 제어 및 거짓 플롯들의 제거) 을 향상시키기 위해 그리고 그것의 장래의 포지션을 예측하기 위해 타겟들의 트래킹을 보장하는, 커버리지에서의 타겟들의 트래킹 (102) 및 플롯들의 연관.
사용자들과의 인터페이스는, 레이더가 상이한 요청들을 고려하고 트래킹된 타겟들 및 플롯들을 디스플레이하는 것을 가능하게 한다.
도 2 는 본 발명에 대해 특정적인 엘리먼트들에 의해 강화된 도 1 의 레이더이 블록도를 나타냄으로써, 본 발명의 하드웨어 구현을 예시한다. 이들 엘리먼트들은 파선들에 의해 표시된다.
모드 S 레이더의 동작은 동기적인 반면, 도 2 는 본 발명에 대해 추가되는 프로세싱들이 송신에 링크되지 않고 오직 안테나의 메인 로브의 축의 방위 포지션만을 이용하는 것을 보여준다.
대부분의 엘리먼트들은 변경되지 않은 채로 유지되고, 그에 의해, 모드 S 레이더의 운영 동작에서 본 발명의 비-개입적 성질을 지탱한다. 특히, ADS-B 스푸퍼에 대한 선택적인 인테로게이션들은, 임의의 새로운 타겟에 관해 모드 S 레이더의 동작의 종래의 모드에 따라 그것을 레이더와 동기적으로 로케이팅시키기 위한 시도로 추가된다.
추가된 메인 엘리먼트들의 역할들은 이하에서 기술된다.
- 실시간 프로세싱 (6) 에서:
Figure pat00016
공간-시간 관리 (601)
。 안테나의 메인 로브의 방위 포지션을 모드 S 비동기 리플라이들의 프로세싱 (21) (아래 참조) 으로 송신 (602);
- 신호 프로세싱 (7) 에서:
Figure pat00017
4 개의 패턴들 SUM, DIFF, CONT_Front 및 CONT_Back 을 개별적으로 하지만 동등하게 채용함으로써 비동기 리플라이들의 검출 및 디코딩을 보장하는, 모드 S 비동기 리플라이들의 영구적 프로세싱이 (인테로게이션들과 연관된 리스닝 주기들과 독립적으로) 추가됨;
。타입 DF=17 의 이들 리플라이들을 디코딩하고 그것들로부터 메시지 데이터 및 모드 S 어드레스를 추출하기 위해 수신된 모든 비동기 리플라이들을 검출하기 위해;
。그것의 다음과 같은 특성들로 각각의 디코딩된 리플라이를 인리치(enrich)하기 위해: 검출의 시간, 검출 시에 안테나의 메인 로브의 방위, SUM, DIFF, CONT_Front 및 CONT_Back 상에서 수신된 전력들 및 메인 로브 (단일 펄스 전압) 에서의 리플라이의 오정렬, SUM 의 스퀴터의 검출의 경우에, 리플라이는 그것을 로브에서의 방위에서 정교하게 로케이팅시키는 오프-보어사이트 (off-boresight) 각도 측정 전압을 그것에 할당함으로써 비동기 리플라이로서 프로세싱될 수 있다;
Figure pat00018
비동기 리플라이들은 SUM, DIFF 및 CONT_Front 상에서 측정된 전력, 검출의 시간 및 안테나 방위로 인리치된다.
- 메인 로브의 프로세싱에서:
Figure pat00019
모드 S 의 추출기 (901) 에서:
。모드 S 플롯들은, SUM, DIFF, CONT_Front 및 안테나 방위에 대해 측정된 전력을 각각에 대해 갖는 그것들의 동기 리플라이들로 인리치된다.
- 다중-레볼루션 프로세싱 (10) 에서:
Figure pat00020
플롯들의 연관 (101) 및 커버리지에서의 타겟들의 트래킹:
。SUM, DIFF, CONT_Front 및 안테나 방위에 대해 측정된 전력으로 인리치된 리플라이들로 모드 S 어드레스를 갖는 트랙들을 송신;
Figure pat00021
ADS-B 스퀴터들의 프로세싱 (22) 이 추가되고, 다음의 것을 포함한다:
。ADS-B 원격 프로세싱으로서, 이 ADS-B 원격 프로세싱은:
Figure pat00022
거짓 검출 및 거짓 디코딩들을 필터링하기 위해 ADS-B 스퀴터들의 트래킹을 보장하고;
Figure pat00023
ADS-B 트랙들을 브로드캐스팅하기 전에 레이더의 동기 트랙들과 비교함으로써 ADS-B 트랙들을 유효화하며;
Figure pat00024
레이더의 동기 트랙들과 상관되지 않은 ADS-B 트랙들에 대해, 그것들이 아마도 새로운 (레이더에 의해 "모든 콜 (All Call)" 에서 아직 검출되지 않은) 것이기 때문에, SUM 패턴의 통과 동안 (실패의 경우에, 필요한 경우 수개의 레볼루션들에 걸쳐) 그것의 예측된 포지션에서 레이더에 의한 선택적 인테로게이션을 필요로 한다.
。ADS-B 스푸퍼 프로세싱:
Figure pat00025
레이더에 의한 선택적 인테로게이션들에 의해 검출될 수 없는 ADS-B 트랙들에 대해, ADS-B 트랙은 유효화되지 않고, 잠재적으로 ADS-B 스푸퍼로서 간주된다;
Figure pat00026
(공장에서 또는 현장에서) 측정된 패턴들을 갖는 스푸퍼의 ADS-B 스퀴터들의 각각의 검출의 SUM, DIFF, CONT_Front 및 CONT_Back 상에서 수신된 전력 정보의 상관에 의해 스푸퍼의 방위 포지션의 계산을 위해.
본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 적어도 2 개의 단계들을 포함한다:
- 레이더 레벨에서 ADS-B 스푸퍼의 검출의 제 1 단계;
- 레이더 레벨에서 ADS-B 스푸퍼의 포지션의 방위에서의 프리-로컬라이제이션의 제 2 단계.
이 제 2 단계 다음에 제 3 단계가 이어질 수 있다:
- 이 제 3 단계는, 통상적으로 제어 중심 레벨에서, 다중-레이더 구성에서 ADS-B 스푸퍼의 방위에서 그리고 거리에서 정제된 (refined) 로케이션을 수행한다.
거짓 ADS-B 스퀴터들 (스푸퍼들) 의 발생기의 로케이션이 이어지는 검출의 목적은 레이더 레벨에서 그리고 또한 제어 중심 레벨에서 스퀴터들에서 브로드캐스트된 이 정보를 고려하지 않기 위한 것이고, 그것의 특정 목적은 또한, 로케이션의 장소에 유닛들이 개입하도록 허용함으로써 가능한 한 빨리 이 발생 중지의 할동을 만들기 위한 것이다. 모든 ADS-B 스퀴터-수신 장비가 본 발명을 반드시 구현 가능할 필요가 없다면, 빠른 액션이 필수적이다.
ADS_B 의 정규 사용자들은 비행기들 상의 ACAS 충돌 방지 시스템들임에 유의하여야 하고, 이들 충돌 방지 시스템들은 또한 스푸퍼들을 사용하기를 모색한다.
제 1 단계에서 사용된, 다른 능동 센서 (WAM 타입의 센서 또는 레이더) 를 사용하여 ADS_B 스푸퍼를 검출하기 위한 수단이 당업자에게 알려져 있다. 검출 정보는 또한 레이더 외부의 수단에 의해 공급될 수 있을 것이다.
그럼에도 불구하고, 레이더-통합된 ADS-B_in 수신 버전에서, 검출 수단의 목적은 다음의 것들을 행하기 위한 것이다:
- 보통의 사용자들에게 출력되는 표준 CAT021 에서 ADS-B 스퀴터들의 데이터의 외부 브로드캐스팅 전에 ADS-B 스퀴터들을 유효화한다;
- 보통의 사용자들에게 출력되는 표준 CAT021 로부터 "비정형적 (atypical)" 인 것으로 고려되는 스퀴터들을 제거하거나 의심스러운 것으로서 마킹, 이들 스퀴터들은 특히 다음과 같은 것들에 의해 특징지어지는 것이 가능하다:
Figure pat00027
이들 ADS-B 스퀴터들에 의해 브로드캐스트된 포지션에서 레이더에 의한 ADS-B 타겟의 비-검출;
Figure pat00028
레이더 검출과 브로드캐스트된 ADS-B 포지션 사이의 포지션에서의 불일치;
Figure pat00029
스퀴터를 검출한 레이더 안테나 패턴들의 이득들을 고려함으로써 레이더로부터 선언된 거리에 따른 전력 불일치;
Figure pat00030
레이더에 의해 추출된 데이터와 ADS-B 스퀴터에 의해 브로드캐스트된 데이터 사이에 송신된 데이터의 내용에서의 불일치;
Figure pat00031
(다른 타겟들에 의해 적용되는 바와 같은) ADS-B 표준과는 상이한 수신된 스퀴터 레이트;
- 이 목적에 전용되는 새로운 출력에서의 ADS-B 스푸퍼의 존재를 감독 중심, 선험적 다중-레이더 중심으로 선언한다.
ADS-B 리플라이들은 레이더에 대해 의도된 동기적 모드 S 리플라이들과 구조적으로 동일함에 유의하여야 하고, 하지만, 데이터는 한편으로는 DF04, DF05, DF20 및 DF21, 다른 한편으로는 DF17 사이에서 상이하다. 따라서, 레이더 수신기와 ADS-B 수신기 사이에 프로세싱의 유사성이 존재하고, 공통 프로세싱으로 인해 신뢰성을 보장한다:
- 파형에서: 1090MHz 캐리어 주파수 및 신호의 변조에서 (PPM);
- 메시지 구조에서: 동일한 모드 S 메시지 구조 (프리앰블, 데이터 및 CRC).
모드 S 에서의 레이더 타겟과 같이, ADS-B 스퀴터는 (모드 S 및 WAM 레이더들 및 ADS-B_in 수신기에 대해 신중히 공통인) 그것의 모드 S 어드레스에 의해 식별된다.
또한, ADS-B 스퀴터 수신 기능은 레이더에 통합되고, 그것은 유리하게는 다음의 것들을 가능하게 한다:
- 가장 가능성 있게는 CONT 패턴 (또는 안테나의 타입에 따라 CONT_front, CONT_back) 상에서 수신된 ADS-B 리플라이가 방위 및 거리 포지션에서 동일한 안테나의 SUM 패턴에 의해 동기 모드에서 심문가능하여야 하는 것을 보장, 여기서, ADS-B 스퀴터는, SUM 과 CONT 사이의 이득에서의 차이가 통상적으로 평균 20dB 에 가깝기 때문에, SUM 을 선호하는 것으로 선언된다;
- 스퀴터를 송신한 타겟의 변화하는 포지션에 관한 임의의 불확실성을 회피하는, 큰 응답성을 갖는 선택적 인테로게이션을 보장;
- 필요한 경우, 이 먼저의 분석을 다음의 분석으로 보충:
Figure pat00032
다른 주위의 타겟들에 대한 레이더까지의 그것의 선언된 거리의 함수로서 스퀴터의 수신된 전력, 사실, 레이더 및 ADS-B 에서 수신된 다른 타겟들에 대해, 그것의 거리에 의존하여 그리고 매우 가까운 인스턴트들에서 (통상적으로 레이더의 회전에 의존하여 4 초 내지 6 미만) 평균 전력 편차를 평가하는 것이 가능;
。SUM 패턴으로 레이더에 의한 동기 수신에서;
。가능하게는 CONT 패턴으로 ADS_B 수신기에 의한 동기 수신에서;
Figure pat00033
그것의 비행 거동.
ADS-B 스푸퍼의 방위에서 프리-로케이션 (pre-location) 을 수행하는 제 2 단계는 본 발명에 고유하다. 따라서, 그것은, 제 1 검출 단계가 스푸퍼들로서 검출하였거나 의심스러운 것으로서 마킹한 ADS-B 스퀴터들에 주로 적용된다. 설명의 용이성을 위해, 용어 ADS-B 스푸퍼 로케이션이 사용될 수도 있고, 그것은 사실 ADS-B 스푸퍼 발생기를 로케이팅시키는 것에 관한 것임이 이해된다.
이론적으로, ADS-B 수신을 통합한 세컨더리 레이더에 의한 ADS-B 스푸퍼의 방위에서의 프리-로케이션은 레이더의 메인 로브에서의 ADS-B 스퀴터의 검출로부터 수행될 수 있을 것이다. 이 경우에, 스퀴터의 검출과 연관된 모노펄스 기능은 단일 스퀴터로 레이더의 것과 동일한 정확도로 스퀴터 발생기의 방위를 측정하는 것을 가능하게 한다. 하지만, 그것은 오직 다음과 같은 경우에만 가능하다:
- ADS-B 스퀴터들의 수신은, 스퀴터들이 그러한 비동기 리플라이에 할당된 모노펄스 값 및 패턴 당 전력 양자를 각각의 (동기 또는 비동기) 리플라이와 연관시킴으로써, 모든 패턴들에 대한 검출로 레이더로부터의 동기 리플라이들과 같이 프로세싱된다;
- 스퀴터들의 검출은, +/- 1.2° 정도인 (통상적으로 3dB 로브), 따라서, 0.66% 와 동일한 2.4/360 의, 따라서 매우 낮은, 시간적 확률로, (모노펄스 기능이 동작가능한 베어링에서) 메인 로브 내에서, 잘 수행된다.
이 로케이션 모드에 있어서의 확률은 따라서 실재하지만 매우 낮다. 유리하게는, 이 제 2 단계에서, 본 발명은 특히 시간적 확률에서 보다 효율적인 로케이션 모드를 사용한다. 이하에서 상세하게 설명되는 이 모드는, ADS-B 스퀴터들이 상이한 베어링들에서 안테나 패턴들을 조우 (또는 샘플링) 한다는 사실을 이용함에 있고, 베어링은 안테나의 메인 축에 대해 오정렬이다. 패턴들에 의한 전력들의 측정과 함께 안테나의 지식은 베어링의 그리고 따라서 각각의 수신된 스퀴터에 대한 방위의 가정들을 작업하는 것을 가능하게 한다. 이들 가정들의 누적은 가장 가능성 높은 방위를 밝힐 수 있게 한다.
로케이션 모드가 이제 상세하게 설명된다. ADS-B 스퀴터들이 성질상 비동기성이고 레이더에 의해 임의의 순간에 수신된다면, 그것들은 상이한 베어링들에서 안테나 패턴들을 샘플링한다. 보다 구체적으로, 그것들은 상이한 베어링들에서 안테나 패턴들에 의해 픽업된다.
사실, 각각의 ADS-B 스퀴터는 또한, 안테나의 시간 및 방위 및 안테나의 상이한 패턴들 (SUM, DIFF & CONT) 에 따라 진폭에서 한정된다.
통상적인 세컨더리 ATC 안테나 또는 심지어 IFF 에서의 종래의 안테나에 대해, 패턴들은 베어링에서 크게 변화하는 것으로 알려져 있다. 이것의 결과는 명확하게, 상대적인 SUM vs CONT 및 DIFF vs CONT 전력들은 ADS-B 스퀴터가 수신되는 베어링의 한정자들이라는 점이다. 스퀴터의 수신의 순간에서 안테나 방위의 고려는 따라서, 스퀴터들의 소스인 ADS-B 발생기의 방위에서의 가능한 포지션들의 하나 이상의 가정들을 각각의 스퀴터와 연관시키는 것을 가능하게 한다.
도 3a 내지 도 3j 는 상술된 방법을 예시적으로 나타낸다. 이 예에서, 레이더는 3 개의 패턴들: SUM, DIFF 및 CONT 을 통상적으로 갖는 IFF 안테나를 포함한다. 안테나의 회전 주기는 4.8 초이다. 100° 방위에서 놓인 ADS-B 스푸퍼는 매우 낮은 레이트로 스퀴터들을 주기적으로 송신한다 (0.5 초와 동일한 주기).
이러한 맥락에서, 도 3a 내지 도 3j 는 N 차의 레볼루션에 걸쳐 SUM, DIFF 및 CONT 패턴들 상에서의 스푸퍼의 스퀴터들의 상이한 로케이션들을 나타내고, 패턴들은 안테나와 함께 회전한다. SUM, DIFF 및 CONT 패턴들은 도면들에서 각각 31, 32, 33 으로 참조된다.
이 표현에서, 안테나 레볼루션의 시작은 SUM 패턴이 0° 방위에서 중심을 갖는 안테나의 포지션에 대응한다. 이 구성은 도 3a 의 도에 의해 예시된다. 이어지는 도 3b 내지 도 3e 의 도들은 연속적으로, 안테나 포지션 (SUM 패턴은 이 방위에서 중심을 둠), 37.5° 만큼 방위에서의 오프셋 (2 개의 ADS-B 스퀴터들 사이의 방위에서의 평균 편차), 그 다음에, 75°, 112.5° 및 150° 만큼의 포지션들 오프셋, 100° 의 방위에서 항상 유지되는 스푸퍼를 나타낸다. 마찬가지로, 도 3f 내지 도 3j 의 도들은 연속적으로, 187.5°, 225°, 262.5°, 300° 및 337.5° 에서의 안테나 포지션들을 최상부에서부터 최하부로 연속적으로 안테나 레볼루션의 제 2 부분을 나타낸다.
ADS-B 스퀴터의 각각의 검출 시에, 본 발명에 따른 방법은, 예시적으로 아래의 테이블이 나타내듯이 안테나 패턴들의 각각에서 수신된 레벨과 안테나의 방위에서의 포지션을 연관시킨다:
안테나 방위 결정될 스퀴터 베어링 값 SUM DIFF CONT
도 도 dB dB dB
0 +100 -44 -48 -30
37.5 +62.5 -32 -37 -26
75.0 +25 -28 -26 -17
112.5 -12.5 -26 -23 -13
150.0 -50 -33 -32 -21
187.5 -87.5 -44 -39 -45
225.0 -125 -41 -47 -26
262.5 -162.5 -45 -47 -17
300.0 -200 -55 -36 -51
375.0 -237.5 -50 -46 -26
ADS-B 스푸퍼의 필요한 방위에서의 프리-로케이션의 정확도에 의존하여, 이들 값들은 동일한 타겟에 대해 선행하는 레볼루션들에서 획득된 것들로 레볼루션 N 의 단부에서 각각의 ADS-B 스퀴터에 대해 누적된다.
방위 프리-로케이션의 정확도는 다음의 것에 링크되는 것으로 간주될 수 있다:
- (공간에서 타겟이 움직이는 경우에 바람직하게는 짧은 시간 내에) 수신된 스퀴터들의 수에;
- 스퀴터들의 전력에, 따라서, 선험적으로 레이더와 스푸퍼 사이의 거리에;
- 스푸퍼가 생성하는 스퀴터들의 레이트에 (보다 많은 패턴 샘플링 포인트들);
- 반사들 또는 다중 경로들로 인한 패턴들의 잠재적인 변형들을 고려하기 위해 그것의 사용 현장에서의 안테나의 패턴들의 다음 단계에서의 사용에.
레이더 레벨에서, ADS-B 스퀴터 발생기의 방위에서의 프리-로케이션을 위한 제 2 단계는 따라서, 전력 특성들 및 레이더 및 ADS-B_in 센서들에 공통인 패턴들의 지식을 이용함으로써 방위에서의 그것의 포지션을 추정하는 것에 있다. 이전에 나타낸 바와 같이, 측정치들은 요망되는 로케이션 정확도에 의존하여 수개의 레볼루션들에 걸쳐 누적될 수 있다.
CONT, SUM, 및 DIFF (dBm 단위) 상에서 수신된 전력들의 측정의 각 트리플렛으로부터, dB 단위로, SUM 대 CONT (SUM/CONT) 및 DIFF 대 CONT (DIFF/CONT) 의 상대적인 전력 쌍들을 작업하는 것은 쉽다.
안테나 패턴들은, 각 스퀴터에 대해 획득된 것의 N dB 내애세 값들의 쌍을 제공하는 베어링들에 대해 검색된다. 안테나의 방위에서의 포지션은 그 다음에, 스퀴터의 순간과 연관되어서, 스푸퍼의 방위의 하나, 또는 수개의, 가정들을 생성한다:
Az(Sp) = Az(A) + G(S_ADS-B) (1)
여기서,
- Az(Sp) 는 스푸퍼의 방위의 가정이고;
- Az(A) 는 안테나의 방위이며;
- G(S_ADS-B) 는 ADS-B 스퀴터의 베어링의 추정치이다.
스푸퍼 발생기의 방위는 이들 가정들의 함수이다. 또한 알려진 수개의 확률 함수들이 이 방위를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
SUM, DIFF 및 CONT 안테나 패턴들의 지식은 베어링의 모든 이들 추정치들을 형성하기 위해 필요하다. 이를 위해서, 이들 패턴들은 예를 들어 안테나들이 제조되는 공장에서, 또는 레이더가 운영상 배치되는 현장에서 측정된다. 이들 패턴들의 측정은 수개의 팩터들에 따라 조정될 수 있는 전력 편차 공차로, 그리고 다수의 접근법들에 따라 안테나의 패턴들의 정의의 정확도로 수행될 수 있다.
공차의 값은 특히 다음과 같은 수개의 팩터들에 링크된다:
- 전력 측정의 정확도: 그것이 더 클수록, N 은 더 낮을 수 있고, N 은 베어링의 가정을 보유하기 위한 공차 값이다;
- 방위에서의 프리-로케이션을 발견하기 위해 예상되는 수렴의 속도, 즉, 스푸퍼의 방위 프리-로케이션을 송신 가능하기 전에 누적되는 가정들의 수;
- 현장에서의 안테나의 패턴들의 정확한 지식, 즉, 사실상, 안테나 패턴들의 액세스가능한 정확도 (안테나 패턴들의 판독의 정확도).
제 3 단계에서 수행되는, 방위에서의 로케이션의 프로세스는, 물론, M 이 1 보다 더 클 때 시스템의 상이한 세컨더리 레이더들에 의해 동시에 실행될 수 있고, 여기서, M 은 본 발명에 따른 방법을 구현하는 레이더 시스템에서 사용되는 세컨더리 레이더의 수이다.
동일한 모드 S 어드레스를 갖는 각각의 ADS-B 스퀴터 발생기에 대해, 방위의 연속적인 가정들은 다음의 2 가지 가정들에 따라 누적된다:
- 수개의 독립적인 그리고 부정확한 프리-로케이션들을 행하고 그 다음에 그것의 모션을 평가하고 그것의 방위에서의 다음 포지션을 예측하기 위해 타겟을 추적하는 것이 바람직한 경우에, 예를 들어, 하나 또는 수개의 안테나 레볼루션들의 지속기간일 수 있는 짧은 시간에 걸쳐 방위에서이동하는 타겟들 (예를 들어, 짧은 범위에서의 드론들 상에 매립된 스푸퍼 발생기들인 움직이는 타겟들) 에 적합한 접근법;
- 또는 아니면, 보다 양호한 정확도를 갖도록 더 긴 시간 (많은 안테나 레볼루션들, 예를 들어 10 레볼루션들) 에 걸쳐 안정적인 타겟에 대해 적합한 접근법.
움직이고 있는 스푸퍼를 대략적으로 로케이팅시키기 위해서, 평균 피치 간격들의 방위 정확도는 예를 들어 0.5° 내지 1° 로 선택될 수 있다. 고정된 스푸퍼를 정교하게 로케이팅시키기 위해서, 매우 정교한 피치 간격이 선택될 수 있다: 예를 들어, 0.1°.
이 프로세스는 물론, 임의의 타입의 스푸퍼 움직임에 적응시키기 위해 양 접근법들 상에서 동시에 실행될 수 있다.
도 4 는, 검출된 스퀴터들의 수의 함수로서, 즉, 하나 또는 수개의 안테나 레볼루션들에 걸쳐 누적된 이들 스플릿터들의 방위의 가정들의 수의 함수로서, 이 제 2 단계에서 레이더 신호의 프로세싱에 의해 획득된, 고정된 스푸퍼의 로케이션의 정확도를 나타낸다.
요약하면, ADS-B 스퀴터의 수신 시에, ADS-B 스퀴터는 SUM, DIFF 및 CONT 안테나 패턴들 사이의 상대적인 전력 측정치들로 인리치된다. 이것들을 안테나 패턴들의 것들과 상관시킴으로써, 스퀴터의 수신의 순간에서의 안테나의 메인 축에 대한 스푸퍼의 오정렬의 수개의 가정들 (이 오정렬은 베어링) 이 획득된다. 안테나의 방위는 그러면 스푸퍼의 방위의 상이한 가정들을 계산하기 위해 사용된다 (상기 관계식 (1) 참조).
(동일한 모드 S 어드레스를 갖는) 이 동일한 스푸퍼의 각각의 스퀴터에 대해, 방위의 상이한 가정들을 누적시킴으로써, 가장 가능성 있는 방위를 결정할 수 있다. 따라서, 도 4 가 나타내는 바와 같이, 스푸퍼로부터 수신된 스퀴터들의 수가 더 클수록, 그것의 방위의 로케이션은 더 정확하다.
이 도 4 에서 고려된 스푸퍼는 100 방위 ° 에 포지셔닝된 도 3a 및 도 3b 의 스푸퍼이다. 도 4 는, 방위의 함수로서, 상이한 수들의 스퀴터들에 대해 획득된 방위의 가정들의 상관 피크들을 나타낸다. 그것은 10, 20, 30, 40, 50 및 60 개의 스퀴터들에 대해 각각 대응하는 상관의 6 개의 플롯들 (41, 42, 43, 44, 45, 46) 을 나타낸다. 이 예에서, 로케이션의 사용가능한 정확도는 30 개의 스퀴터들 (플롯 (43)) 로부터 획득되고, 로케이션의 정제는 스퀴터들에서의 증가 (플롯들 (44 내지 46)) 의 함수로서 획득됨을 알 수 있다.
도 5a 내지 도 5c 는 본 발명에 따른 방법의 제 3 단계를 나타낸다.
이 제 3 단계의 원리는:
- 제 2 단계에서 획득된 방위에서의 포지션이 불충분한 것으로 간주되는 경우에, (레이더들에 관해) ADS-B 스푸퍼의 방위에서의 포지션을 정제하기 위해서;
- (레이더들에 관해) ADS-B 스푸퍼로부터의 거리를 계산하기 위해서;
(제 2 단계에서 획득된) 수개의 레이더들의 프리-로케이션들을 교차시키는 것에 있고,
레이더들의 프리-로케이션들의 교차를 실현함으로써, 이들 프리-로케이션들은:
- 프리-로케이션의 품질 (상관 피크 레벨);
- 레이더들의 각각의 레벨 (레이더들에 대해 획득된 상관 피크들의 상대적인 레벨들) 에서의 이 프리-로케이션에 대한 불확실성;
- 스푸퍼로부터 상이한 레이더들까지의 거리
에 의해 가중된다.
도 5a 는 포인트 (R1) 에 포지셔닝된 제 1 레이더에 대한 스푸퍼의 방위에서의 로케이션을 나타낸다. 이 제 1 레이더에 의해 획득된 방위는 레이더의 커버리지 (51') 의 영역 내의 각도 세그먼트 (51) 에 의해 표현된다.
도 5b 는 제 2 레이더 및 이 제 2 레이더에 대한 스푸퍼의 방위에서의 표현을 추가한다. 이 제 2 레이더는 포인트 (R2) 에서 포지셔닝된다. 스푸퍼의 방위는 레이더의 커버리지 (52') 의 영역 내의 각도 세그먼트 (52) 에 의해 표현된다. 스푸퍼의 정제된 방위는 2 개의 방위들, 즉, 2 개의 각도 세그먼트들 (51, 52) 의 교차부 (intersection) 이다. 이 교차부는 또한 레이더들에 대한 스푸퍼로부터의 거리를 제공하고, 타겟은 이 교차부 내에 포지셔닝된다.
도 5c 는 제 3 레이더를 추가한다. 이 제 3 레이더는 포인트 (R3) 에 포지셔닝된다. 스푸퍼의 방위는 레이더의 커버리지 (53') 의 영역 내의 각도 세그먼트 (53) 에 의해 표현된다. 스푸퍼의 정제된 방위는 3 개의 방위들, 즉, 3 개의 각도 세그먼트들 (51, 52, 53) 의 교차부이다. 이 교차부는 또한, 레이더들에 대한 스푸퍼로부터의 거리의 측정의 정확도를 향상시킨다.
종래에는, 정제된 방위 및 거리 측정치들은, 레이더들 (R1, R2, R3) 중 하나의 프로세싱 수단에 또는 독립적 컴퓨터에 수용될 수 있는 계산 중앙부에 레이더들에 의해 공급되는 방위 측정치들 (각도 세그먼트들 (51, 52, 53)) 로부터 계산된다. 방위 데이터는 다른 곳으로부터 알려진 통신 수단에 의해 송신된다.
(스푸퍼를 구비한 드론의 경우에 적합한, 도 5a 내지 도 5c 에 따라 제 2 스테이지에서 다중-레이더 시스템에 의해 고도에서 타겟을 종국적으로 로케이팅시키기 위해) 레이더 레벨에서 엘리베이션에서 타겟을 프리-로케이팅시키는 것도 또한 가능하다.
그것을 위해서, 방위의 가정들은 상술된 바와 같은 것과 동일한 방법에 따라 방위 패턴들의 엘리베이션에서 수개의 컷들을 채용함으로써 병렬적으로 수행되고, 각 컷에 대해 독립적으로 그렇게 행한다.
스퀴터들의 통합의 주기의 단부에서, 엘리베이션에서의 상이한 컷들 중에서 최고의 상관 피크를 보유함으로써, 방위 및 엘리베이션 프리-로케이션이 동시에 정의된다.
여전히 구현되는 원리는, 타겟의 엘리베이션에서 그리고 방위에서 프리-로케이션에 관해 결정이 취해지기 전에 스퀴터들의 통합의 시간의 지속기간에 대해, 타겟은 방위에서 또는 엘리베이션에서 중 어느 일방에서 이동하지 않았다고 가정함에 있음에 유의하여야 한다. 이것은 따라서, 통상적으로 기껏해야 소수의 레이더 안테나 레볼루션들에서 너무 많이 움직이지 않는 타겟들 또는 고정된 타겟들에 대해 유효하게 유지된다. 드론은 센서에 의해 보이는 그것의 방위 속도가 평균을 유지하도록 하기 위해 레이더에 너무 가까워서는 안된다.
본 발명은 또한 유리하게, 실패한 ADS-B 송신기의 특정 경우들을 검출하고 로케이팅시키기 위해 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 항공 교통 관제 (ATC) 에서 안전성을 증가시키기 위해서, 특히 포지션 이탈들을 나타내는 스퀴터들에 관한 의심들을 제거하거나 확인하기 위해서 사용될 수 있다. 특히, 제 2 단계에서 생성된 방위 프리-로케이션 정보는 안정성을 증기시키기 위해서 불일치의 경우에 ADS-B 경보들에 전용되는 링크를 통해 ATC 센터에 송신될 수 있다.
본 발명은 회전형 안테나에 대해 기술되었다. 빔이 연속적인 랜덤 조준들에 의해 방위에서 변위되는 비-회전형 안테나를 제공하는 것 또한 가능하다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 세컨더리 레이더를 포함하는 레이더 시스템에 의해 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법으로서, ADS-B 스푸퍼는 거짓 ADS-B 스퀴터이고, ADS-B 스퀴터는 상기 시스템의 레이더들의 수신기들을 포함하는 수신기들에 송신된 항공기 포지션 정보 신호이며, 상기 ADS-B 스퀴터들은 안테나 (1) 의 상이한 베어링들에서 시간에 걸쳐 검출되고,
    상기 방법은 그것이, 각각의 세컨더리 레이더에 대해, 적어도 다음의 단계들:
    - ADS-B 스푸퍼의 검출의 제 1 단계;
    - 상기 ADS-B 스푸퍼 발생기의 방위 포지션의 로케이션 (22) 의 제 2 단계로서, 상기 제 2 단계는 다음의 동작들:
    Figure pat00034
    ADS-B 스퀴터의 검출 시에 상기 안테나의 합계, 차이 및 제어 패턴들 상의 수신 전력들의 그리고 상기 세컨더리 레이더의 상기 안테나의 방위의 측정;
    Figure pat00035
    검출된 각각의 ADS-B 스퀴터에 대한 상기 스푸퍼의 방위의 적어도 하나의 가정의 생성 및 저장으로서, 상기 가정은 상기 안테나의 상기 방위의 그리고 상기 스푸퍼의 추정된 베어링의 가정의 합계와 동일하고, 상기 추정된 베어링은 한편으로는 상기 제어 패턴 상의 수신 전력에 대한 상기 합계 패턴 상의 수신 전력의 비율들의 쌍 사이의 수렴에 의해서 그리고 다른 한편으로는 상기 제어 패턴 상의 수신 전력에 대한 상기 차이 패턴 상의 수신 전력의 비율에 의해서 특징지어지고, 상기 안테나의 상이한 가능한 알려진 베어링들에 대해 동일한 쌍들인, 상기 가정의 생성 및 저장
    을 포함하는, 상기 제 2 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는, 주어진 기간에 걸친 상기 가정들의 누적을 또한 생성하고, 상기 ADS-B 스푸퍼의 방위는 상기 가정들의 함수인 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레이더 시스템은 적어도 2 개의 세컨더리 레이더들을 포함하고, 상기 방법은 거리 면에서 상기 ADS-B 스푸퍼 발생기의 로케이션의 제 3 단계를 포함하며, 상기 제 3 단계는 각각의 세컨더리 레이더의 방위 각 세그먼트들 (51, 52, 53) 을 교차하며, 상기 ADS-B 스푸퍼 발생기로부터 레이더까지의 거리는 교차부로부터 상기 레이더까지의 거리이고, 방위 각 세그먼트는 상기 제 2 단계에서 획득된 상기 방위에 중심을 둔 각도 세그먼트인 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 교차부의 상기 각도 편차는 상기 ADS-B 스푸퍼 발생기의 방위의 면에서 로케이션의 정확도를 제공하는 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방위의 가정들의 생성은:
    - 상기 전력의 측정의 정확도;
    - 누적된 가정들의 수;
    - 안테나 패턴들의 판독의 정확도
    중에서 수개의 편차 공차들을 사용하는 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ADS-B 스푸퍼의 방위의 상기 가정들은 상기 안테나의 패턴들의 방위의 면에서의 수개의 정확도들을 병렬적으로 사용하고, 상기 방위는 피치 간격들에 따라 정의되고, 움직이고 있는 스푸퍼 발생기를 로케이팅시키기 위한 방위 피치 간격은 고정된 발생기를 로케이팅시키기 위한 것보다 더 큰 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 단계에서, 상기 가정들은:
    - 고정된 ADS-B 스푸퍼 발생기를 로케이팅시키기 위해, 주어진 시간에 걸쳐서;
    - 움직이고 있는 ADS-B 스푸퍼 발생기를 로케이팅시키기 위해, 더 짧은 시간에 걸쳐서
    누적되는 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 단계에서, 레이더의 레벨에서의 상기 ADS-B 스푸퍼의 상기 가정들은 엘리베이션에서의 상이한 컷들에 따른 방위 안테나 패턴들에 기초하여 수개의 가정들을 병렬적으로 이용함으로써 방위 및 엘리베이션 양자에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 3 단계에서, 상기 시스템은 적어도 3 개의 세컨더리 레이더들을 포함하고, 상기 ADS-B 스푸퍼는 각각의 세컨더리 레이더의 입체 각도 세그먼트들의 교차부에 의해 방위, 거리 및 고도의 면에서 로케이팅되며, 입체 각도 세그먼트는 상기 제 2 단계에서 획득된 상기 엘리베이션에 그리고 상기 방위에 중심을 둔 입체 각도의 세그먼트인 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 단계에서, 상기 ADS-B 스푸퍼의 로케이션은:
    - 상기 제 2 단계에서 정의된 상기 로케이션의 품질;
    - 상기 레이더들의 각각에 의해 정의된 상기 로케이션에 대한 불확실성;
    - 상기 수신기들의 각각에 대한 상기 ADS-B 스푸퍼의 거리
    의 함수로서 수행되는 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는 상기 레이더 시스템 외부의 검출 수단에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 ADS-B 스푸퍼들의 발생기들의 검출 및 로케이션을 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계를 실시할 수 있는 것을 특징으로 하는 세컨더리 레이더.
  13. 제 12 항에 따른 적어도 2 개의 세컨더리 레이더들, 및 상기 레이더들과 통신할 수 있고 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 제 3 단계를 실시할 수 있는 프로세싱 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 세컨더리 레이더들의 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세싱 수단은 상기 레이더들 중 하나 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 세컨더리 레이더들의 시스템.
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