説明

二次監視レーダ装置及びそのデータ処理プログラム

【課題】信頼性が高く、誤りの少ない高度情報を得ることができる二次監視レーダ装置を提供する。
【解決手段】実施形態の二次監視レーダ装置は、航空機に搭載されるトランスポンダに対して、高度情報を得るための質問信号を複数回連続して送信する送信部と、質問信号に応答してトランスポンダから送信される複数の応答信号を受信する受信部と、受信した複数の応答信号のデータを、複数の高度データにそれぞれ変換するコード変換部と、複数の高度データのうちの連続する第1及び第2の高度データにおいて、後に受信された第2の高度データが示す第2の高度が、先に受信された第1の高度データが示す第1の高度に対して所定の許容範囲内にある場合に、第1及び第2の高度データは相関があると判定し、第2の高度を前記航空機の高度情報として出力する、データ処理部と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
二次監視レーダ装置及びそのデータ処理プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
航空管制等に使用される二次監視レーダ装置(SSR:Secondary Surveillance Radar)は、航空機に搭載されたトランスポンダに向けて質問信号を送信し、トランスポンダからの応答信号を受信して航空機の識別情報や高度情報を取得する。
【0003】
二次監視レーダ装置システムでは、得ようとする情報の種類によって、モードA、モードC、モードS等のモードに分類される。このうち、モードAは、航空機が飛び立つ毎にユニークに割り付けられる航空機の識別情報を飛行中の航空機から取得するためのモードである。また、モードCは、航空機の高度情報を飛行中の航空機から取得するためのモードである(例えば、特許文献1等参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−33408号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
我国の二次監視レーダ装置の各種仕様は、米国連邦航空局(FAA:Federal Aviation Administration)が定めた仕様をベースにするものが多い。例えば、従来から用いられているモードCに関する仕様では、連続した2つの応答信号に含まれる各データ列間に2ビット以上の相違がある場合は「相関なし」と判定し、受信した応答信号に含まれる高度情報を棄却する。一方、2つの応答信号の各データ列間の相違が1ビット以内であれば「相関あり」と判定し、通常は、後に受信した方の応答信号に含まれる高度情報を正しい情報として採用している。
【0006】
しかしながら、この仕様によれば、たとえ1ビットの誤りであっても、重みが大きい位置のビットに誤りが生じた場合は、高度情報として大きな誤差をもつ可能性を生じる。
【0007】
そこで、より一層信頼性が高く、誤りの少ない高度情報を得ることができる二次監視レーダ装置が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態の二次監視レーダは、航空機に搭載されるトランスポンダに対して、高度情報を得るための質問信号を複数回連続して送信する送信部と、質問信号に応答してトランスポンダから送信される複数の応答信号を受信する受信部と、受信した複数の応答信号のデータを、複数の高度データにそれぞれ変換するコード変換部と、複数の高度データのうちの連続する第1及び第2の高度データにおいて、後に受信された第2の高度データが示す第2の高度が、先に受信された第1の高度データが示す第1の高度に対して所定の許容範囲内にある場合に、第1及び第2の高度データは相関があると判定し、第2の高度を前記航空機の高度情報として出力する、データ処理部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本実施形態の二次監視レーダ装置の構成例を示すブロック図。
【図2】二次監視レーダ装置で使用するコンピュータのハードウェア構成例を示す図。
【図3】質問パルス列と応答パルス列の関係を模式的に示す図。
【図4】従来の二次監視レーダ装置の問題を説明する図。
【図5】本実施形態の二次監視レーダ装置の高度情報処理の一例とその流れを示す図。
【図6】第1の実施例を説明する図。
【図7】第2の実施例を説明する図。
【図8】第3の実施例を説明する図。
【図9】第4の実施例を説明する図。
【図10】第5の実施例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0011】
(1)構成
図1は、本実施形態に係る二次監視レーダ装置1(SSR:Secondary Surveillance Radar)の構成例を示すブロック図である。二次監視レーダ装置1は、地上に設置される装置であり、航空機100に搭載されるトランスポンダ101に対して質問信号(質問パルス列)102を送信し、この質問信号101に応答してトランスポンダ101から送信される応答信号(応答パルス列)103を受信する。
【0012】
二次監視レーダ装置1は、例えば、アンテナ10、送信部11、受信部12、コード変換部14、データ処理部15等を備えて構成される。
【0013】
アンテナ10は、所定の方位ビーム幅の送受信ビームを形成し、例えば機械的に全周連続回転しながら航空機に対して質問パルス列を送信する一方、トランスポンダ101からの応答パルス列を受信する。
【0014】
送信部11は、航空機100に搭載されるトランスポンダ101に対して、高度情報を得るための質問パルス列で変調された高周波信号を複数回連続して送信する。また、航空機100の識別情報を得るための質問パルス列も同様に複数回連続して送信する。
【0015】
識別情報を得るためのモードをモードAと呼び、高度情報を得るためのモードをモードCと呼ぶ。モードAとモードCとでは、質問パルス列の種類が異なる。
【0016】
受信部12は、各質問パルス列に応答してトランスポンダ101から夫々送信されるモードA及びモードCの応答信号(高周波信号)を受信復調して、夫々複数の応答パルス列を後段に出力する。
【0017】
通常、質問パルス列は、所定の繰り返し周期、例えば、2msecの周期で、常時送信されるが、回転するアンテナ10の主ビームが航空機100を通過する通過期間だけトランスポンダ101に送信されることになる。したがって、この通過期間中の繰り返し周期の数が、実質的にトランスポンダ101に対して連続して送信される質問パルス列の数となる。
【0018】
トランスポンダ101から得られる応答パルス列は、識別情報や飛行中の高度情報(2進数データ)が、グレイコードで符号化されたデータである。コード変換部14は、このグレイコードのデータを2進数データへ変換する。モードCの応答パルス列をグレイコードから2進数データに変換することにより、トランスポンダ101から送られてくる航空機100の高度データが、主ビームの通過期間中に複数得られる。
【0019】
データ処理部15は、この複数の高度データのうちの連続する第1及び第2の高度データにおいて、後に受信された前記第2の高度データが示す第2の高度が、先に受信された第1の高度データが示す第1の高度に対して所定の許容範囲内にある場合に、前記第1及び第2の高度データは相関があると判定し、前記第2の高度を前記航空機の高度情報として出力する。データ処理部15のより具体的な処理は後述する。
【0020】
コード変換部14とデータ処理部15は、専用のハードウェアを用いて構成することもできるが、所定の手順が記述されたプログラムをプロセッサに実行させるコンピュータ15として構成してもよい。
【0021】
図2は、コンピュータ13の構成例である。コンピュータ13は、例えば、プロセッサ20、ROM21、RAM22、HDD等の記憶部23、外部I/O24等を備えて構成される。コード変換部14やデータ処理部15の処理を実行するためのプログラムは、ROM21、或いは記憶部23に格納され、プロセッサ20によって実行される。RAM22は、プロセッサ20のワークエリア等として機能する。外部I/O24は、受信部12で受信された応答パルス列を入力すると共に、プログラムの実行によって得られた高度情報や識別情報を外部に出力する。
【0022】
(2)動作
図3は、質問パルス列と応答パルス列の関係を模式的に示す図である。図3中、「A」はモードAを、また「C」はモードCを示している。
【0023】
モードAとモードCの質問パルス列は、いずれも2つのパルス(P1とP3)を有するが、2つのパルス間の間隔がT1とT2とで異なっている。T1とT2の相違により、トランスポンダ101側では両者を識別することができる。質問パルス列の繰り返し周期Trは、例えば2msecであるが、この値に限定されるものではなく、アンテナ10の回転速度やビーム幅等によって適宜決定される。
【0024】
モードAの質問パルス列に対しては識別応答パルス列が、また、モードCの質問パルス列に対しては高度応答パルス列が、グレイコードとしてトランスポンダ101から夫々返信される。図3中の各応答パルス列に付した(N)、(N+1)、(N+2)等の番号は、モードA、モードCの応答パルス列の夫々の時系列番号を示している。
【0025】
本実施形態では、モードAの処理は従来と基本的には同じであり、モードCの処理が従来の処理と異なる。したがって、以下の説明ではモードCの処理に関してのみ説明する。
【0026】
図4は、本実施形態に係る二次監視レーダ装置1の相関判定方法に対する比較例として、従来の二次監視レーダ装置における相関判定方法を説明する図である。従来の相関判定方法では、図4の上部に示すように、グレイコードのまま、相関判定と相関回数判定を行っている。従来の相関判定では、連続して受信された2つの高度応答パルス列のグレイコードの相違が1ビット以下であれば、2つの高度応答パルス列は「相関有り」と判定している。航空機の識別情報は固定であるが、高度は時々刻々変化する。そこで、連続する2つの高度の間に1ビットの相違を許容している。
【0027】
また、相関回数判定では、「相関有り」が所定回数続いたとき、最後のグレイコードを抽出している。そして、この最後に抽出したグレイコードに対してのみ、グレイコードから2進数データへ変換するグレイコード変換を施し、最終的な高度情報を得ている。この高度情報が外部に出力される。
【0028】
図4の下部には、3つの高度応答パルス列(N)、(N+1)、(N+2)に対する従来の処理を例示している。このうち、高度応答パルス列(N+2)には、干渉等による偽パルスが含まれていると仮定している。そして、高度応答パルス列(N)、(N+1)、(N+2)をグレイコード変換した場合の高度は、夫々、10000フィート、9900フィート、20000フィートであると仮定している。高度応答パルス列(N+2)は、重みの大きなビット位置に偽パルスが発生していると仮定しており、このため、他の2つの高度とは値が大きく異なっている。
【0029】
上述した従来の相関判定方法によれば、図4に例示した、3つの高度応答パルス列(N)、(N+1)、(N+2)は、次のように処理される。まず、高度応答パルス列(N)と高度応答パルス列(N+1)の2つのグレイコードのビットの相違が判断される。この例ではビットの相違は1ビットであるため、2つのグレイコードは「相関有り」と判定される。次に、高度応答パルス列(N+1)と高度応答パルス列(N+2)の2つのグレイコードのビットの相違が判断される。この場合も、両者のビットの相違は1ビットであるため、2つのグレイコードはやはり「相関有り」と判定される。
【0030】
そして、相関回数判定における所定回数が2であり、高度応答パルス列(N+2)が最後のデータであるとすると、高度応答パルス列(N+2)がグレイコード変換されて高度情報として外部に出力されことになる。つまり、高度応答パルス列(N+2)の高度は、偽パルスによって大きな誤差を持っているにもかかわらず、グレイコードのビットの相違は1ビットであるため、「相関有り」と判定され、大きな誤差を持った高度情報が外部に出力されことになる。
【0031】
本実施形態に係る二次監視レーダ装置1では、このような従来の問題を解消すべく、図5に示す処理を行っている。
【0032】
まず、ステップST1では、相関判定(ステップST2)及び相関回数判定(ステップST3)に先立ってグレイコード変換を行い、受信部12から入力される高度応答パルス列を順次グレイコードから2進数データとしての高度データに変換する。
【0033】
そして、ステップST2では、変換された各高度データに対して相関判定を行い、連続する2つ高度データに対して、「相関有り」或いは「相関なし」を順次判定する。相関判定は、第1の相関条件と第2の相関条件を用いて判定する。
【0034】
第1の相関条件は、連続する2つの高度データのうち、後の高度データが、先の高度データの所定の許容範囲(±α)内であるか否かである。後の高度データが先の高度データの許容範囲以内であれば2つの高度データは「相関有り」と判定され、許容範囲外であれば「相関無し」と判定される。許容範囲は、繰り返し周期Tr間における航空機の想定される高度変化等に基づいて決定される。許容範囲は、例えば±500フィートなどと設定されるが、この値に限定されるものではない。また、この許容範囲は変更可能に構成されるのが好ましい。
【0035】
第2の相関条件は、上昇、または下降の連続性の有無である。少なくとも2つの高度データが得られれば、それらの高度データの大小関係と時間の前後関係から、航空機が上昇しているのか、或いは下降しているのかを判断できる。
【0036】
先行する少なくとも2つの高度データから航空機が上昇していると判断される場合、あらたに得られた高度データが引き続き上昇していることを示せば、つまり、あらたに得られた高度データが1つ前の高度データより大きな高度を示していれば、このあらたに得られた高度データと1つ前の高度データとは上昇の連続性があると考えられるため、「相関有り」と判定される。逆に下降していることを示せば「相関無し」と判定される。
【0037】
一方、先行する少なくとも2つの高度データから航空機が下降していると判断される場合、あらたに得られた高度データが引き続き下降していることを示せば、つまり、あらたに得られた高度データが1つ前の高度データより小さな高度を示していれば、このあらたに得られた高度データと1つ前の高度データとは下降の連続性があると考えられるため、「相関有り」と判定され、逆に上昇していることを示せば「相関無し」と判定される。
【0038】
第1の相関条件と第2の相関条件は双方適用してもよいが、第1の相関条件のみを適用してもよい。
【0039】
ステップST3の相関回数判定では、「相関有り」が所定回数(M回)以上連続した場合にのみ、最後の高度データを高度情報として外部に出力する。所定回数は、例えば3〜5回であるが、この値に限定されるものではない。また、この所定回数は変更可能に構成されるのが好ましい。
【0040】
ステップST3の相関回数判定は省略してもよい。この場合、相関判定に第1の相関条件のみを適用するときは、「相関有り」が最低1回あれば、後の方の高度データが高度情報として出力される。また、相関判定に第1と第2の相関条件の双方を適用するときは、「相関有り」が最低2回あれば、最後の高度データが高度情報として出力される。
【0041】
(3)実施例
図6は、相関判定に第1の相関条件のみを適用し、相関回数判定を省略したときの第1の実施例を示す図である。この実施例では、第1の相関条件における許容範囲を±500フィートに設定している。また、この実施例では、高度応答パルス列(N)をグレイコード変換した高度は10100フィートであり、高度応答パルス列(N+1)をグレイコード変換した高度は10200フィートである。高度差は100フィートであり、許容範囲(±500フィート)内であるため、2つの高度データは「相関有り」と判定され、後の高度データである、「10200フィート」が高度情報として外部に出力される。
【0042】
図7は、図6と同様に、相関判定に第1の相関条件を適用し、相関回数判定を省略したときの第2の実施例を示す図である。この実施例では、最初の2つのパルス列は第1の実施例と同じであり、高度応答パルス列(N)をグレイコード変換した高度は10100フィート、高度応答パルス列(N+1)をグレイコード変換した高度は10200フィートである。一方、3つめの高度応答パルス列(N+2)は干渉等の影響を受け、1ビット分のパルスが非検出となり、グレイコード変換した高度は9800フィートとなっている。
【0043】
しかしながら、2つ目の高度データと3つ目の高度データの差は400フィートであり、許容範囲の±500フィート内である。このため、2つ目の高度データと3つ目の高度データも「相関有り」と判定される。そして、3つ目の高度データが最後の高度データであるため、高度「9800フィート」が高度情報として外部に出力される。
【0044】
この第2の実施例では、3つめの高度応答パルス列(N+2)は干渉等の影響を受けているため、厳密には誤差を持ったデータではあるものの、その誤差は許容範囲内の小さな誤差であり、それ程深刻な影響を与えない。
【0045】
図8は、第2の実施例と同じ3つの高度応答パルス列(N)、(N+1)、(N+2)に対して、第1の相関条件に加えて、上昇、下降の連続性の条件(第2の相関条件)を適用した第3の実施例を示す図である。
【0046】
1つ目と2つ目の高度応答パルス列(N)、(N+1)の夫々の高度(10100フィートと10200フィート)から、航空機は上昇していると判定される。一方、2つ目と3つ目の高度応答パルス列(N+1)、(N+2)の高度(10200フィートと9800フィート)は、航空機が下降していることを示している。したがって、2つ目と3つ目の高度データは、第1の相関条件は満たすものの、上昇または下降の連続性という第2の相関条件は満たしていない。
【0047】
この結果、第3の実施例では、干渉等の影響を受けて誤差をもつ3つ目の高度応答パルス列(N+2)の高度データは棄却され、その1つ前の高度応答パルス列(N+1)の高度データ(10200フィート)が、高度情報として外部に出力されることになる。
【0048】
第3の実施例では、相関条件をより厳しくしたことにより、高度情報の信頼性が高まっている。
【0049】
図9は、第4の実施例を示す図である。この実施例では、第3の実施例と同様に第1の相関条件と第2の相関条件の双方を適用しているものの、3つめの高度応答パルス列(N+2)が図8と異なっている。第4の実施例における3つめの高度応答パルス列(N+2)では、ビットの重みの大きな位置に干渉等による偽パルスが発生している。この結果、高度応答パルス列(N+2)の高度データは、20000フィートという大きな値を示している。上昇または下降の連続性という第2の相関条件は満たしているものの、2つめと3つめの高度データの差は大きく、第1の相関条件からは大きく外れている。したがって、この第4の具体例においても、2つ目の高度応答パルス列(N+1)の高度データ(10200フィート)が、高度情報として外部に出力されることになる。この具体例においても、第1の相関条件と第2の相関条件の双方を適用することにより、高度情報の信頼性が高まっている。
【0050】
図10は、第5の実施例を示す図である。第5の実施例では、相関判定(ステップST2)の後に、相関回数判定(ステップST3)の処理を行っている。
【0051】
図10の上段に示す例では、相関回数判定として、「3回以上相関有りが連続したときの最後の高度データを高度情報として出力する」という判定条件を適用している。この結果、最初の2つの高度応答パルス列(N)、(N+1)は「相関有り」であるが、3つ目の高度応答パルス列(N+2)が「相関無し」であるため、高度応答パルス列(N+1)の高度データは棄却される。一方、高度応答パルス列(N+3)〜(N+6)は、4回連続して「相関有り」となっており、上記の判定条件を満たす。したがって、最後に「相関有り」と判定された高度応答パルス列(N+6)の高度データが外部に出力されることになる。
【0052】
相関回数判定を行うことにより、外部に出力する高度情報の信頼性をさらに高めることができる。
【0053】
以上説明してきたように、本実施形態に係る二次監視レーダ装置1、及びそのデータ処理プログラムによれば、より一層信頼性が高く、誤りの少ない高度情報を外部に出力することができ、航空管制の信頼性を向上させることができる。
【0054】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0055】
1 二次監視レーダ装置
10 アンテナ
11 送信部
12 受信部
13 コンピュータ
14 コード変換部
15 データ処理部
101 トランスポンダ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
航空機に搭載されるトランスポンダに対して、高度情報を得るための質問信号を複数回連続して送信する送信部と、
前記連続する各質問信号に応答して前記トランスポンダから夫々送信される複数の応答信号を受信する受信部と、
受信した前記複数の応答信号のデータを、高度を表す複数の高度データにそれぞれ変換するコード変換部と、
前記複数の高度データのうちの連続する第1及び第2の高度データにおいて、後に受信された前記第2の高度データが示す第2の高度が、先に受信された前記第1の高度データが示す第1の高度に対して所定の許容範囲内にある場合に、前記第1及び第2の高度データは相関があると判定し、前記第2の高度を前記航空機の高度情報として出力する、データ処理部と、
を備えたことを特徴とする二次監視レーダ装置。
【請求項2】
前記データ処理部は、
前記第2の高度データよりも前に得られた複数の高度データから前記航空機が上昇しているのか、又は下降しているのかを判定し、
前記第2の高度が前記第1の高度に対して前記所定の許容範囲内にあり、かつ、前記第2の高度が、前記航空機の上昇又は下降の連続性を示す高度であるとき、前記第1及び第2の高度データは相関があると判定し、前記第2の高度を前記航空機の高度情報として出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の二次監視レーダ装置。
【請求項3】
前記データ処理部は、
所定の回数だけ連続して前記第1及び第2の高度データに相関があると判定したとき、最後に得られた前記第2の高度を前記航空機の高度情報として出力する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の二次監視レーダ装置。
【請求項4】
前記所定の許容範囲は変更可能に構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の二次監視レーダ装置。
【請求項5】
前記所定の回数は変更可能に構成される、
ことを特徴とする請求項3に記載の二次監視レーダ装置。
【請求項6】
航空機に搭載されるトランスポンダに対して、高度情報を得るための質問信号を複数回連続して送信し、前記連続する各質問信号に応答して前記トランスポンダから夫々送信される複数の応答信号のデータを、高度を表す複数の高度データにそれぞれ変換する第1の手順と、
前記複数の高度データのうちの連続する第1及び第2の高度データにおいて、後に受信された前記第2の高度データが示す第2の高度が、先に受信された前記第1の高度データが示す第1の高度に対して所定の許容範囲内にある場合に、前記第1及び第2の高度データは相関があると判定し、前記第2の高度を前記航空機の高度情報として出力する第2の手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする二次監視レーダ装置のデータ処理プログラム。
【請求項7】
前記第1の高度データより前に受信された第3の高度データが、前記第1の高度データより大きいとき前記航空機が下降していると判定し、前記第3の高度データが、前記第1の高度データより小さいとき前記航空機が上昇していると判定する手順を前記コンピュータにさらに実行させ、
前記第2の手順は、
前記航空機が下降していると判定した場合は、前記第2の高度が前記第1の高度に対して前記所定の許容範囲内にあり、かつ、前記第2の高度が前記第1の高度より低いときに前記第1及び第2の高度データは相関があると判定し、前記第2の高度を前記航空機の高度情報として出力し、
前記航空機が上昇していると判定した場合は、前記第2の高度が前記第1の高度に対して前記所定の許容範囲内にあり、かつ、前記第2の高度が前記第1の高度より高いときに前記第1及び第2の高度データは相関があると判定し、前記第2の高度を前記航空機の高度情報として出力する、
手順である、ことを特徴とする請求項6に記載の二次監視レーダ装置のデータ処理プログラム。
【請求項8】
前記第2の手順は、
所定の回数だけ連続して前記第1及び第2の高度データに相関があると判定したとき、最後に得られた前記第2の高度を前記航空機の高度情報として出力する、
手順である、ことを特徴とする請求項6又は7に記載の二次監視レーダ装置のデータ処理プログラム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2012−177660(P2012−177660A)
【公開日】平成24年9月13日(2012.9.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−41827(P2011−41827)
【出願日】平成23年2月28日(2011.2.28)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】