二次監視レーダ応答信号受信装置及び二次監視レーダ応答信号受信方法

【課題】簡易的に航空機の位置を特定することが可能な二次監視レーダ応答信号受信装置及び二次監視レーダ応答信号受信方法を提供することを目的とする。
【解決手段】高度と応答信号が受信された際の仰角とから航空機との直線距離を算出し、直線距離と応答信号が受信された際の方位角とからＸ軸及びＹ軸における航空機との距離を算出する３次元位置演算部４３を設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インタロゲータから航空機のトランスポンダに送信された質問信号に対する応答信号を受信する二次監視レーダ応答信号受信装置及び二次監視レーダ応答信号受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空管制に使用される航空機監視用レーダは、一次監視レーダ（ＰＳＲ：Primary Surveillance Radar）と二次監視レーダ（ＳＳＲ：Secondary Surveillance Radar）とに大別される。
【０００３】
上記のＰＳＲは、地上から電波を発し、これの反射波を受信処理することにより航空機の位置情報を取得するものである。
【０００４】
一方、ＳＳＲは、航空機に搭載されたトランスポンダに質問信号を送信し、これに対する応答信号を受信することにより航空機に関する各種情報を得るものである。
【０００５】
なお、このＳＳＲは、得ようとする情報の種別によりモードＡ、モードＣ、モードＳに分類され、モードＡは航空機の識別情報を得るためのものであり、モードＣは高度情報を得るためのものであり、モードＳは各航空機に付与されたＩＤ（２４ビットアドレス）による個別選択呼び出し機能を有し、上記の情報（識別情報及び高度情報）に加えて進路情報や速度情報等を得ることができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
また、上記のＳＳＲには、質問信号の送信を行わず、他の地上局から送信された質問信号に対する応答信号を受信する受動型（パッシブ）ＳＳＲも存在する。この受動型ＳＳＲは、物理的にオフセットされた受信機を多数備え、これらの受信機への応答信号の到達時刻を記録し、その差分と受信機の位置関係とから航空機の位置を特定する（例えば、特許文献１参照）。
【非特許文献１】橋田芳男、大友恒、久慈義則「航空管制用二次監視レーダ−ＳＳＲモードＳ」、東芝レビューVol.59 No.2（2004）、ｐ58-61
【特許文献１】米国特許第６０９４１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の受動型ＳＳＲにおいては、離隔して配置された複数の受信機を必要とし、また、応答信号の到達時間差を求めるには高精度な時刻同期を必要とするため、装置の複雑化且つ大型化してしまう。
【０００８】
上記の事情に鑑み本発明は、簡易的に航空機の位置を特定することが可能な二次監視レーダ応答信号受信装置及び二次監視レーダ応答信号受信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、インタロゲータから航空機のトランスポンダに送信された質問信号に対する応答信号を受信し、応答信号の到来方向を検知可能に構成された複数本のアンテナと、受信された応答信号から航空機の高度を得る手段と、高度と応答信号が受信された際の仰角とから航空機との直線距離を算出する手段と、直線距離と応答信号が受信された際の方位角とからＸ軸及びＹ軸における航空機との距離を算出する手段とを有することを要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、インタロゲータから航空機のトランスポンダに送信された質問信号に対する応答信号を、応答信号の到来方向を検知可能に構成された複数本のアンテナにより受信する工程と、受信された応答信号から航空機の高度を得る工程と、高度と応答信号が受信された際の仰角とから航空機との直線距離を算出する工程と、直線距離と応答信号が受信された際の方位角とからＸ軸及びＹ軸における航空機との距離を算出する工程とを有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
受信された応答信号から得られた高度と、応答信号が受信された際の仰角とから航空機との直線距離を算出し、直線距離と応答信号が受信された際の方位角とからＸ軸及びＹ軸における航空機との距離を算出するため、電波を発することなく簡易的に航空機の位置を特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を提示しつつ本発明の二次監視レーダ応答信号受信装置及び二次監視レーダ応答信号受信方法について説明する。
なお、以下の実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。
また、以下の実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付与し、これに関する反復説明は省略する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に係る受動型モードＳレーダ装置（二次監視レーダ応答信号受信装置）１と、ＳＳＲ（二次監視レーダ）システム５の構成図である。このＳＳＲシステム５は、航空機６に搭載される送受信部９及び信号処理部１０からなるトランスポンダ７と、アンテナ８と、地上に設置されるインタロゲータ１１及び水平方向に３６０°回転可能に構成されたアンテナ１２とからなる。
【００１４】
質問信号（モードＳ質問信号）１３は、インタロゲータ１１により送信され、これを受信したトランスポンダ７は、質問信号１３に対する応答信号（モードＳ応答信号）１４を送信し、この応答信号１４は、アンテナ１２及びインタロゲータ１１により受信され、航空機６の位置、高度等が特定される。
【００１５】
本発明の一実施例に係る受動型モードＳレーダ装置１は、上記のインタロゲータ１１の設置場所とは異なる地点で応答信号１４を受信し、これに基づいて航空機６の位置・高度等を特定するためのものであり、４個のアンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、アンテナ２を介して応答信号１４を受信する受信部３と、航空機６の位置等を特定するにあたっての信号処理を行う１個の信号処理部４とを有する。なお、以降の説明においては、適宜、上記のアンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄを“アンテナ２”と総称する。
【００１６】
図２は、上記の信号処理部４の構成図である。この信号処理部４は、ＩＤ（２４ビットアドレス）・高度解読部４１、受信方向計測部４２、次元位置演算部４３、情報生成部４４、表示部４５、記録部４６からなる。
【００１７】
ＩＤ・高度解読部４１は、航空機６に付与された識別用ＩＤ（２４ビットアドレス）と、この航空機６の高度とを解読する。
【００１８】
受信方向計測部４２は、応答信号１４が複数のアンテナ２に受信された際、この到来方向（仰角及び方位角）を計測する。なお、この方位角及び仰角の定義は図４（ｃ）に示すとおりである。
【００１９】
３次元位置演算部４３は、ＩＤ・高度解読部の解読結果と、受信方向計測部４２の測定結果とに基づいて、航空機６の３次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸上の位置、）を演算する。
【００２０】
情報生成部４４は、３次元位置演算部４３の演算結果に基づいて、航空機６のＩＤ、３次元位置を含む航空機情報を生成する。
【００２１】
表示部４５は、情報生成部４４により生成された航空機情報を表示する。
【００２２】
記録部４６は、情報生成部４４により生成された航空機情報を記録する。
【００２３】
図３は、上記の信号処理部４の動作を示す図である。
まず、複数のアンテナ２により応答信号１４が受信されると（ステップＳ１）、ＩＤ・高度解読部４１によりＩＤが解読され（ステップＳ２）、これとともに応答信号１４に高度に関する情報が含まれているか否かが判定される（ステップＳ３）。
【００２４】
応答信号１４に高度に関する情報が含まれている場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、受信方向計測部４２により方位角が検出され（ステップＳ４）、これとともに仰角が検出される（ステップＳ５）。また。ＩＤ・高度解読部４１により高度に関する情報が解読され、航空機６の高度が求められる（ステップＳ６）。
【００２５】
なお、応答信号１４に高度に関する情報が含まれていない場合（ステップＳ３：ＮＯ）は、該当する応答信号が受信されるまで上記の動作が反復実行される。
【００２６】
次に、図４（ａ）に示すように、３次元位置演算部４３により、仰角及び高度から、Ｘ軸（あるいはＹ軸）、Ｚ軸における航空機６との直線距離が算出され（ステップＳ７）、図４（ｂ）に示すように、方位角及び仰角から、Ｘ、Ｙ軸における航空機６の位置及び距離が算出される（ステップＳ８）。
【００２７】
次に、３次元位置演算部４３により、複数のアンテナ２の位置に基づいて、地理に対応した航空機６のグローバル位置、つまり、緯度、経度、高度により表される３次元位置が算出される（ステップＳ９）。
【００２８】
次に、上記のＩＤ及びグローバル位置を含む航空機情報が情報生成部４４により生成され（ステップＳ９）、これが記録・表示される（ステップＳ１０）。
【００２９】
上記の処理において航空機６の高度、方位角及び仰角をより正確に求めるためには、アンテナ２を以下に示す位置関係で配置することが望ましい。以下、図５（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ、その詳細について説明する。なお、図５（ａ）は、アンテナ２の上面図であり、図５（ｂ）は、アンテナ２の側面図である。
【００３０】
本実施例においては、図５（ａ）に示すように、アンテナ２ａ、アンテナ２ｂ、アンテナ２ｃを、これらを結ぶ線が三角形をなすように配置し、アンテナ２ｄをその中心に配置し、さらに、図５（ｂ）に示すように、アンテナ２ｄを他のアンテナより高い位置に配置する。
【００３１】
なお、航空機６の高度、方位角及び仰角をより正確に求めるためのアンテナの位置関係は上記の場合に限定されず、他にも複数種類存在する。以下、その一例について説明する。
【実施例２】
【００３２】
図６は、本発明の実施例２に係るアンテナ２の配置を示す図（上面図）である。なお、図６（ａ）は、アンテナ２の上面図であり、図６（ｂ）は、アンテナ２の側面図である。
【００３３】
本実施例においては、図６（ｂ）に示すように、アンテナ２ａ、アンテナ２ｂを高低差をつけて配置し、さらに、図６（ａ）に示すように、アンテナ２ａ（２ｂ）、アンテナ２ｃ、アンテナ２ｄを、これらを結ぶ線が正三角形をなすように配置する。
【００３４】
なお、上記の実施例１及び２においては、アンテナ２が４本である場合を示したが、これに限定されない。
【００３５】
また、上記の実施例１及び２に示した装置等を用いる二次監視レーダ応答信号受信方法も本発明の範囲に含まれる。
【００３６】
以上のとおり、本発明においては、応答信号の到達時間差ではなく、応答信号が到来した際の仰角、方位角及び高度から航空機の位置を特定する。また、航空機の位置特定を行うための信号処理部は１個のみであり、複数の受信機と、これらの間での時刻同期を必要としない。したがって、装置を単純化且つ小型化でき、また、電波を発することなく簡易的に航空機の位置を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】二次監視レーダシステムならびに本発明の実施例１に係る受動型モードＳレーダ装置の構成図である。
【図２】図１の信号処理部の詳細を示す図である。
【図３】図２の信号処理部の動作を示す図である。
【図４】図２の処理部による距離算出処理を説明するための図である。
【図５】図１のアンテナの配置を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係るアンテナの配置を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…受動型モードＳレーダ装置、２…アンテナ、３…受信部、４…信号処理部、５…ＳＳＲ（二次監視レーダ）システム、６…航空機、７…トランスポンダ、８…アンテナ、９…送受信部、１０…信号処理部、１１…インタロゲータ、１２…アンテナ、４１…ＩＤ・高度解読部、４２…受信方向計測部、４３…３次元位置演算部、４４…情報生成部、４５…表示部、４６…記録部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
インタロゲータから航空機のトランスポンダに送信された質問信号に対する応答信号を受信し、当該応答信号の到来方向を検知可能に構成された複数本のアンテナと、
受信された応答信号から前記航空機の高度を得る手段と、
前記高度と前記応答信号が受信された際の仰角とから前記航空機との直線距離を算出する手段と、
前記直線距離と前記応答信号が受信された際の方位角とからＸ軸及びＹ軸における前記航空機との距離を算出する手段と
を有することを特徴とする二次監視レーダ応答信号受信装置。
【請求項２】
インタロゲータから航空機のトランスポンダに送信された質問信号に対する応答信号を、当該応答信号の到来方向を検知可能に構成された複数本のアンテナにより受信する工程と、
受信された応答信号から前記航空機の高度を得る工程と、
前記高度と前記応答信号が受信された際の仰角とから前記航空機との直線距離を算出する工程と、
前記直線距離と前記応答信号が受信された際の方位角とからＸ軸及びＹ軸における前記航空機との距離を算出する工程と
を有することを特徴とする二次監視レーダ応答信号受信方法。

【図１】