距離測定装置
【課題】モニタ部が使用するパルス検出のポイントがずれないようにし、トランスポンダが送出するペアパルス信号をこのペアパルス信号の正確な位置において検出することが出来る距離測定装置を提供する。
【解決手段】アンテナ部１１、トランスポンダ部１３、方向性結合器１２a、トランスポンダ部１３から擬似質問信号に応答して２つのパルスを含むペアパルス信号でパルス変調された応答信号を入力されるモニタ部１４とを備え、モニタ部１４は、入力された応答信号を検波し、２つのパルス状のピークを有する波形信号を出力する検波部２５ａと、検波部２５ａが出力する波形信号のレベルが所要のスレショルドを越える期間を計測し、計測後、波形信号を所定時間遅延させ、この遅延させた波形信号の波形中のスレショルドを越えた点から期間の半分の期間が経過した点を波形信号の中心位置としてパルスを検出するパルス検出部４２とを備える。
【解決手段】アンテナ部１１、トランスポンダ部１３、方向性結合器１２a、トランスポンダ部１３から擬似質問信号に応答して２つのパルスを含むペアパルス信号でパルス変調された応答信号を入力されるモニタ部１４とを備え、モニタ部１４は、入力された応答信号を検波し、２つのパルス状のピークを有する波形信号を出力する検波部２５ａと、検波部２５ａが出力する波形信号のレベルが所要のスレショルドを越える期間を計測し、計測後、波形信号を所定時間遅延させ、この遅延させた波形信号の波形中のスレショルドを越えた点から期間の半分の期間が経過した点を波形信号の中心位置としてパルスを検出するパルス検出部４２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は距離測定装置（ＤＭＥ：Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機に設けられたインタロゲータは質問信号を地上の距離測定装置に対して送信する。地上に設けられた距離測定装置は、このインタロゲータからの質問信号を受信すると、一定の時間をおいて応答信号を生成してインタロゲータに対して送信する。インタロゲータは、質問信号を送信した時点から応答信号を受信した時点までの時間差を計測することによって自機と地上局との間の距離を計算する（非特許文献１参照）。
【０００３】
質問信号と応答信号とはいずれもペアパルス信号により搬送波を変調して得たパルス変調波である。ペアパルス信号はそれぞれ同じパルス幅の２つのシングルパルスを有する。距離測定装置は、質問信号を検波し、復調信号から２つのパルスのペアを検出する。距離測定装置は、２つのパルスのうちの例えば最初のパルスが検出された時点から、システムディレイ時間が経過した後、決められたパルス間隔を有する２つのパルスからなるペアパルス信号を生成し、応答信号を送信する。
【０００４】
２つのパルスを検出する方法については、従来、ツインパルスを含む信号を入力し、信号とこの信号をパルス幅で遅延させた遅延信号との乗算結果をパルス検出信号として求め、パルス検出信号とこのパルス検出信号をパルス間隔で遅延させた遅延信号との乗算結果をツインパルス検出信号とするツインパルスの検出方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
一般に距離測定装置はトランスポンダ部と、このトランスポンダ部について距離測定機能の確認や装置特性を検証するために、動作検証用のモニタ部とを有する。モニタ部はインタロゲータの送信回路と同じ送信回路を有する。モニタ部は、この送信回路が一定時間毎にトランスポンダ部に対して質問パルスを送出し、トランスポンダ部から正しく応答パルスが返ってきているかどうかを検査するようにしている。
【０００６】
モニタ部は、トランスポンダ部が送出している応答信号をチェックする。応答信号が質問信号に対して何μｓｅｃ後に返って来なければいけないということをモニタ部は確認するようにしている。例えばモニタ部は、ペアパルス信号の２つのパルスのパルス幅中心位置間のパルス間隔、システムディレイやパルスレベル等をモニタする。モニタ部は２つのパルスのペアを正確に検出する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３９２６５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＥＵＲＯＣＡＥ（European Organization For Civil Aviation Electronics）ＥＤ−５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来技術によるパルスの検出方法では、パルス波形の形状が変化したときにパルス検出タイミングが変わるため、モニタ部はパルスの検出ポイントがずれた状態でパルス検出を行うことがある。パルス波形の正確な位置でパルス信号を検出することができない。
【００１０】
そこで、本発明は、モニタ部が使用するパルス検出のポイントがずれないようにし、トランスポンダが送出するペアパルス信号をこのペアパルス信号の正確な位置において検出することが出来る距離測定装置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】
【００１１】
このような課題を解決するため、本発明の一態様によれば、無線信号を送受信するアンテナ部と、このアンテナ部を介して航空機から質問信号を受信し、この質問信号に応答して応答信号をこの航空機に対して送信するトランスポンダ部と、このトランスポンダ部に接続された方向性結合器と、この方向性結合器を介して、擬似質問信号を前記トランスポンダ部に出力し、前記トランスポンダ部からこの擬似質問信号に応答して、２つのパルスを含むペアパルス信号によりパルス変調された応答信号を入力され、前記トランスポンダ部の動作を監視するモニタ部と、を備え、このモニタ部は、入力された前記応答信号を検波し、２つのパルス状のピークを有する波形信号を出力する検波部と、この検波部が出力する前記波形信号のレベルが所要のスレショルドを越える期間を計測し、計測後、前記波形信号を所定時間遅延させ、この遅延させた波形信号の波形中の前記スレショルドを越えた点から前記期間の半分の期間が経過した点を前記波形信号の中心位置として少なくとも１つのパルスを検出するパルス検出部とを備えたことを特徴とする距離測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モニタ部が使用するパルス検出のポイントがずれないようにしてパルス検出を行うことができ、トランスポンダ部が送出する応答信号をこの応答信号に含まれるペアパルス信号の位置において正確に検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る距離測定装置のブロック図である。
【図２】モニタ部のブロック図である。
【図３】パルス検出部のブロック図である。
【図４】パルスモニタによるペアパルス検出を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【図５】パルスのペアのうちの一方の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る距離測定装置について、図１乃至図５を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る距離測定装置のブロック図である。距離測定装置１０は、無線信号を送受信するアンテナ部１１と、このアンテナ部１１に接続されたスイッチ回路１２と、それぞれ航空機からの質問信号を受信しこの質問信号に応答して応答信号をこの航空機に対して送信する２つのトランスポンダ部１３と、それぞれ各トランスポンダ部１３の動作を監視する２つのモニタ部１４と、距離測定装置１０全体の制御を司るコントロール部１５と、管制を行う側に設けられモニタ部１４が出力する計測値やアラームを監視し、このコントロール部１５との間で制御信号を収受するリモート装置１７とを備えている。
【００１６】
距離測定装置１０は、２つのトランスポンダ部１３のうちの一方を運用系又は１系として運転状態で稼動させており、他方を予備系又は２系として待機させている。距離測定装置１０は、２つのモニタ部１４のうちの一方を運用系として稼動させ、他方を予備系として待機させている。コントロール部１５は、モニタ部１４からのアラームを受信する系切替ステータスモニタ１６を有する。リモート装置１７からコントロール部１５に指令を与えると、コントロール部１５が２つのトランスポンダ部１３と、２つのモニタ部１４とに対して切替制御信号を通知することにより、各トランスポンダ部１３、各モニタ部１４はそれぞれ切り替えられるようになっている。
【００１７】
アンテナ部１１には電子走査アンテナが用いられる。アンテナ部１１は、航空機のインタロゲータからの質問信号を補足し、この質問信号に対する応答信号を送信する。
【００１８】
スイッチ回路１２は方向性結合器１２ａ、終端抵抗器１２ｂ及びサーキュレータ１２ｃからなり、無線信号を隔離、分離及び結合する。サーキュレータ１２ｃは、第１端子に入力された信号を第２端子に出力し第２端子に入力された信号を第３端子に出力し、第３端子に入力された信号を第１端子に出力するという電気的特性を有する。このサーキュレータ１２ｃの第１端子は送信回路２０の出力端子に接続され、その第２端子は方向性結合器１２ａの第１端子に接続され、第３端子は受信回路１８の入力端子に接続されている。方向性結合器１２ａの第１端子はサーキュレータ１２ｃの第２端子に接続され、第２端子はアンテナ部１１の入力端子に接続されている。第３端子は第１端子と、例えば結合度３０ｄＢで結合され、第４端子は第２端子と同様に結合度３０ｄＢで結合されている。第４端子には終端抵抗器１２ｂが接続されている。
【００１９】
方向性結合器１２ａにおいて、第１端子から入力された無線信号は第３端子には例えば−３０ｄＢで出力され残りはほとんど減衰なく第２端子に出力される。第２端子から入力された信号は第４端子に例えば−３０ｄＢで伝送され終端抵抗器１２ｂにより減衰させられ他はほとんど減衰なく第１端子に出力される。第３端子から入力された信号は第１端子に−３０ｄＢで出力される。サーキュレータ１２ｃの第２端子から出力され方向性結合器１２ａの第１端子に入力された信号は方向性結合器１２ａの第２端子にそのまま出力されるが、方向性結合器１２ａの第３端子には−３０ｄＢで信号が出力されるようになっている。
【００２０】
トランスポンダ部１３は、スイッチ回路１２からの信号を受信して検波する受信回路１８と、受信回路１８の検波出力を解析して応答信号及び擬似応答信号を生成する応答回路１９と、応答回路１９が生成した応答信号をスイッチ回路１２に送信する送信回路２０と、応答回路１９による解析結果に基いて送信タイミングを送信回路２０に与える送信切替回路２１とを備えている。
【００２１】
応答回路１９は、航空機から距離測定装置１０に対する信号であるかどうかを判定し、航空機から距離測定装置１０への信号であると判定した場合、検波出力された信号に５０μｓｅｃのシステムディレイ時間を付与し、再度符号化し、符号化した信号を応答信号として生成するようにしている。システムディレイ時間とは、距離測定装置１０が擬似質問信号を生成した後、応答信号を受信するまでに要する時間を指す。
【００２２】
２つのトランスポンダ部１３は同じ構成を有する。運用系のトランスポンダ部１３はスイッチ回路１２から入力された受信信号に対して応答処理を行うとともに、予備系のトランスポンダ部１３は同じ受信信号に対する応答処理を行わないよう動作制御を受けている。
【００２３】
モニタ部１４は方向性結合器１２ａを介して、擬似質問信号をトランスポンダ部１３に出力し、トランスポンダ部１３から、この擬似質問信号に応答した応答信号を入力されるようになっている。
【００２４】
モニタ部１４は、トランスポンダ部１３の機能監視及び動作監視のためのペアパルス信号を発生させるトランスポンダチェック用パルス発生回路２２と、このトランスポンダチェック用パルス発生回路２２からのペアパルス信号により搬送波を変調して擬似質問信号を生成する送信回路２３と、例えば３端子のサーキュレータ２４と、アンテナ部１１からの応答信号及びサーキュレータ２４を介して入力される擬似応答信号を検波する受信回路２５と、受信回路２５から検波出力されるペアパルス信号に含まれる２つのパルスの各パルス幅、各パルスレベル及びパルス間のパルス間隔を用いてトランスポンダ部１３が正常に機能していることを監視するパルスモニタ２６とを備える。
【００２５】
図２はモニタ部１４のブロック図である。同図中、上述した符号と同じ符号を有する要素はそれらと同じ要素を表す。
【００２６】
トランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、予め設定された送信レート値で決まるタイミング毎にタイミング信号を生成して出力するパルスタイミング生成部３９と、リカバリ処理の要否を予め設定され、パルスノイズを送信信号に重畳するためのパルスノイズオン／オフ処理部３８と、第１のパルス信号のパルス幅の中心及び第２のパルス信号のパルス幅の中心間の間隔が、予め設定されるパルスのペアの間隔値になるようにこれらの２つのパルス信号のパルス位置を調整するパルスペア間隔制御部３７と、予め設定されるパルス立上り時間の値によってパルスペア間隔制御部３７から出力される２つのパルス信号の各パルス立上り時間を制御するパルス立上り時間制御部３６とを有する。
【００２７】
更にトランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、パルス立上り時間制御部３６から出力される２つのパルス信号のパルスレベルを調整するパルスレベル調整部３５と、このパルスレベル調整部３５から出力される２つのパルス信号の各立下りエッジを遅延させることによってこれらのパルス信号のパルス幅を調整するパルス遅延処理部３４と、このパルス遅延処理部３４から出力される２つのパルス信号のパルス論理値を反転させるパルス反転部３３とを備える。トランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、予めオン又はオフを設定され、電波伝搬路において干渉を受ける複数のマルチパス波のうち、除去対象とするマルチパス波を選択するためのマルチパス選択部３２と、パルス立上り時間制御部３６から出力されるペアパルス信号とマルチパス選択部３２からの出力とを乗算して出力する乗算器３１とを備える。
【００２８】
加えてトランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、予め設定入力されるパルスレベル値、及び過負荷制御のオン又はオフの設定値に基いてペアパルス信号のパルスレベルを決定しパルスレベル情報を出力するパルスレベル生成部４０も有する。過負荷制御のオン、オフとは例えばスキッタパルスの送出レートを変えてトランスポンダ部１３からの送信レートを適正値に維持させるための制御を指す。
【００２９】
また、送信回路２３は、ＲＦ信号である搬送波を出力するＰＬＬクロックシンセサイザ２９と、ディジタル／アナログ変換を行うＤ／Ａ変換器３０と、ＰＬＬクロックシンセサイザ２９から出力される搬送波を、このＤ／Ａ変換器３０から出力されるペアパルス信号によって変調してパルス変調波を出力する変調器２８と、この変調器２８からのパルス変調波の波形レベルを、トランスポンダチェック用パルス発生回路２２からのパルスレベル値に調節するレベル値変更機能付きのアッテネータ２７とを備える。このアッテネータ２７から疑似質問信号がサーキュレータ２４の第１端子へ出力されるようになっている。
【００３０】
また、受信回路２５は、サーキュレータ２４からの信号波を検波する検波部２５ａと、アナログ／ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器４１とを備える。検波部２５ａは、応答信号を検波し、２つのパルス状のピークを有する波形信号を出力するものである。この検波部２５ａは、送信回路２３内のＰＬＬクロックシンセサイザ２９に接続されこのＰＬＬクロックシンセサイザ２９からの出力を移相させる図示しない移相器と、この移相器及びサーキュレータ２４の第３端子に接続され、移相器から出力される搬送波信号と受信信号とを乗算する復調器と、この復調器の出力をフィルタリングし狭帯域信号を出力するフィルタとを備える。
【００３１】
また、パルスモニタ２６は、本実施形態に係る距離測定装置１０が実行するパルス検出方法によって応答信号からペアパルス信号を検出するペアパルス検出部４２（パルス検出部）と、６種類の監視機能を実行するチェック部４３、４４、４５、４６、４７及び４８とを備える。ペアパルス検出部４２のパルス検出方法が従来例と異なる。このペアパルス検出部４２がパルス検出部として機能する。
【００３２】
ペアパルス検出部４２は、検波出力された波形信号のレベルが所要のスレショルドを越える期間を計測し、計測後、この波形信号を所定時間遅延させ、この遅延させた波形信号の波形中のスレショルドを越えた点からこの期間の半分の期間が経過した点を波形信号の中心位置として２つのパルスを検出するものである。ペアパルス検出部４２の機能は例えば図３に示すロジック回路によって実現される。
【００３３】
図３はペアパルス検出部４２のブロック図である。ペアパルス検出部４２は、検波部２５ａからのディジタル波形信号を記憶するパルスディレイメモリ５１（記憶部）と、このパルスディレイメモリ５１の波形信号のレベルがスレショルドを越える時点およびこのレベルがスレショルドを下回る時点を検出するスレショルド検出部４９（タイミング検出部）と、検出されたこれらの２つの時点の間隔をカウントアップし、得られたカウンタ値例えばＮの１／２の値Ｎ／２を出力するスレショルド間隔カウンタ５０（第１のカウンタ部）とを備える。
【００３４】
パルスディレイメモリ５１が記憶する波形信号データは、波形信号がスレショルドを越える波形中の２箇所の点の間の時間を計測する処理と、この波形信号を遅延させた後、波形中心位置を検出する処理との２系統の処理に用いられるようにされている。
【００３５】
スレショルド検出部４９が用いるスレショルドの値は、ペアパルス検出部４２よりも受信系後段に設けられている送信電力チェック回路によってアラームが報知されない程度の大きさを有し、例えば送信電力の半分を超える程度の大きさに予め設定される。
【００３６】
スレショルド間隔カウンタ５０のカウントアップクロックは、ペアパルス信号の２つのパルス波形をサンプリングしたときに波形の十分な再現性が得られる程度のクロック速度を有する。スレショルド間隔とは、略ガウス分布形状を有するパルス状の波形がスレショルドを越える時点と、このスレショルドを下回る時点との間の時間を、カウントアップクロックによって計測して表した間隔を指す。
【００３７】
更にペアパルス検出部４２は、パルスディレイメモリ５１の波形信号のレベルがスレショルドを越える時点を検出する別のスレショルド検出部５２と、スレショルド間隔カウンタ５０が出力した値Ｎ／２を数え上げ、カウントアップが満了したときに検出フラグを生成出力する中心検出カウンタ５３（第２のカウンタ部）とを備える。
【００３８】
この中心検出カウンタ５３の後段側に、ペアパルス検出部４２は、中心検出カウンタ５３からの検出フラグを通知されると第１のパルスを検出した旨のシングルパルス検出信号を出力するシングルパルス検出部５４と、このシングルパルス検出信号を受けた時点から予め決められた値のカウントアップクロックを数え上げるパルスペア間隔カウンタ５５と、このパルスペア間隔カウンタ５５がカウントアップを終了したときに第２のパルスが存在している場合、２番目のパルスも検出しパルスのペアを検出した旨のペアパルス検出信号を出力するパルスペア検出部５６とを備える。
【００３９】
また、図２のパルスモニタ２６によるモニタ機能について述べると、パルスモニタ２６が有する６つのチェック部４３、４４、４５、４６、４７及び４８はいずれも応答信号から、パルス間隔やシステムディレイなどの値を計測すること、計測値がシステム規定値の範囲内であるかどうかを検証すること、及び検証結果が否定的である場合、アラームを出力することを行うようにしている。チェック部４３〜４８は、ペアパルス検出部４２が２つのパルスからなるペアパルス信号を検出した後、このペアパルス信号を元に計測等を行う。
【００４０】
パルス間隔チェック部４３は、ペアパルス信号の２つのパルスの間のパルス間隔の値を測定し、測定値が正常であることをチェックする。システムディレイチェック部４４は、送信回路２３から疑似質問信号が送出されてから受信回路２５がその応答信号を受信するまでのシステムディレイ時間を測定し、測定値が正常であることをチェックする。応答効率チェック部４５は、トランスポンダ部１３が例えば１０００発のペアパルスを送出したときに６００発の応答が返って来ているかどうかといった応答効率を測定し、測定値が正常であることをチェックする。
【００４１】
更にペアパルスレートチェック部４６は、例えば１０００発のペアパルスがトランスポンダ部１３から送信されているかどうかなどの送信パルスレートの上限値を測定し、この値をチェックする。距離測定装置１０を利用する航空機の数が増加すると、各航空機のインタロゲータからの質問信号の数が増加する。それに伴い距離測定装置１０が各質問信号に応答するための送信パルスレートが増加する。送信パルスレートが高い状況下で１機の航空機とこの距離測定装置１０とが通信する回数は、送信パルスレートが低い状況下で同じ航空機と距離測定装置１０とが通信する回数よりも少ない。距離測定装置１０に近い航空機による質問信号の送出回数は距離測定装置１０から遠い航空機による質問信号の送出回数よりも多い。地上局に近い航空機が十分な応答率を確保することが可能なように、パルスのペアを送信するレートには上限が設けられている。ペアパルスレートチェック部４６はこのレートをチェックする。
【００４２】
また、送信電力チェック部４７は、ペアパルス信号のパルス部分の電力値を測定し、パルス部分の電力値が予め規定された送信電力値以上であるかどうかをチェックする。送信ＩＤチェック部４８は、距離測定装置１０が設置される地上局のＩＤが送出されているかどうかをチェックする。これらの６種類のチェック機能を全てパルスモニタ２６が実行することによって、距離測定装置１０がパルスペアを正常に検出していることが検証されるようになっている。
【００４３】
上述の構成を有する本実施形態に係る距離測定装置１０において、通常の運用時には、図１のトランスポンダ部１３は、航空機に搭載されているインタロゲータからの質問信号を受信していないときでも、１秒当りの送出回数を規定した条件下でランダムな時間間隔でパルスのペアにより変調されたランダムパルス信号を順次送信している。トランスポンダ部１３は、航空機からの質問信号を受信すると、ランダムパルス信号の代わりに応答信号を送信する。通常の運用状態において、トランスポンダ部１３は、ランダムパルス信号と応答信号とを含めて、１０００〜４０００ｐｐｓ（Ｐｕｌｓｅ ｐａｉｒｓ ＰｅｒＳｅｃｏｎｄ）のパルス信号を常時送信している。
【００４４】
一方、インタロゲータは、ランダムな時間間隔で質問信号を発射している。トランスポンダ部１３は、インタロゲータから発射される質問信号を受信し、復調し、この質問信号をデコードする。この後、トランスポンダ部１３は、例えば５０．０μｓｅｃ等システムディレイ時間を付与して再度符号化処理を行い送信系から応答信号を航空機に対して送信する。インタロゲータは、応答信号を受信し、復調し、質問信号と応答信号との経過時間を計測し、所定の計算式により距離測定装置１０から自機までの距離情報を算出する。
【００４５】
図４にパルスモニタ２６によるペアパルス検出を説明するためのタイミングチャートを示す。図４（ａ）には２つのパルスを有するペアパルス信号が示されており、図４（ｂ）には図４（ａ）のペアパルス信号を所定時間遅延させた同じペアパルス信号が示されている。図４（ａ）の左側の最初に受信される第１のパルスと、図４（ｂ）の同じ第１のパルスとに着目して述べる。
【００４６】
図４（ａ）の入力パルス信号は、パルスディレイメモリ５１に記憶された受信波形の波形データをアナログ的に表示した波形を表す。同図のスレショルド検出パルスは、第１のスレショルド検出部４９の出力を表す。スレショルド間隔カウンタ値はスレショルド間隔カウンタ５０のカウンタ値を表す。パルス中心位置カウンタ値は、中心検出カウンタ５３へ渡されるべきカウンタ値を表す。このパルス中心位置カウンタ値として、スレショルド間隔カウンタ５０のカウンタ値Ｎが得られたときのそのＮを２分した値が示されている。
【００４７】
図４（ｂ）の入力パルス信号のディレイ信号は、パルスディレイメモリ５１に記憶された同じ受信波形の波形データを、遅延させて出力された波形を表す。遅延時間は、パルス幅３．５μｓｅｃよりも長く、パルス間隔１２μｓｅｃよりも短い所定時間である。この遅延時間の遅延量は変更可能であり、実験、シミュレーション又はフィールドテストによって遅延量の値は決められる。また、同図のスレショルド検出パルスは第２のスレショルド検出部５２の出力を表す。パルス中心位置カウンタ値は、中心検出カウンタ５３の実カウンタ値を表す。シングルパルス検出値はシングルパルス検出部５４の出力を表す。パルスペア間隔カウンタ値はパルスペア間隔カウンタ５５の出力を表す。ペアパルス検出値は、パルスペア検出部５６の出力を表す。
【００４８】
トランスポンダ部１３からモニタ部１４に入力された応答信号は図３の入力パルス信号として、スレショルド検出部４９とパルスディレイメモリ５１とに入力される。スレショルド検出部４９は、入力パルス信号の波形が、あるスレショルドレベルを超えた場合、検出パルスを出力する。
【００４９】
図４（ａ）の時点Ａで示されるように、信号レベルがスレショルドレベルを超えたことが検出されるとスレショルド間隔カウンタ５０はスレショルド間隔をカウントし始める。同図のように、カウンタ値は１、２、３…とインクリメントされていく。時点Ｂで示されるように、信号レベルがスレショルドレベルを下回ったことをスレショルド検出部４９が検出すると、スレショルド間隔カウンタ５０はカウンタアップを終了しそのときのカウンタ値Ｎを出力する。
【００５０】
波形に着目して述べると、第１のパルス状の波形のうち、この波形とスレショルドとが交差する左右両裾部及びこれらの両裾部の間の部分の波形がサンプリングされる間、スレショルド間隔カウンタ５０はカウントアップを続ける。経時的に信号レベル値がサンプリングされていったときに、スレショルドを信号レベルが下回ると、スレショルド間隔カウンタ５０はカウントアップ動作を停止する。このときのカウンタ値がＮである。１６進数表現では、カウンタ値のＬＳＢをとった値がこのカウンタ値の半分の値に相当する。スレショルド間隔カウンタ５０は、カウンタアップを終了すると、カウンタ値Ｎの１／２の値Ｎ／２を入力パルスの中心位置を表す指標として出力する。
【００５１】
パルスディレイメモリ５１では、入力パルス信号の波形の中心位置の値が検出されるまでの間、この入力パルス信号がディレイさせられる。例えばパルス幅３．５よりも長く、パルス間隔得１２μｓｅｃよりも短い時間が経過した後、スレショルド検出部５２及び中心検出カウンタ５３は動作を開始する。図４（ｂ）に示すように、スレショルド検出部５２は、遅延させておいた入力パルス信号がスレショルドを越えるかどうかを判定し始める。このスレショルド検出部５２は時点Ｃで示されるように、信号レベルがスレショルドレベルを超えたことを検出する。
【００５２】
検出されると中心検出カウンタ５３はカウント動作を始める。同図のように、中心検出カウンタ５３は、１、２、３…とインクリメントしていき、この中心検出カウンタ５３のカウンタ値が値Ｎ／２と一致したかどうかを見て、一致した場合、カウント動作を終了させる。時点Ｄで示されるように、中心検出カウンタ５３はシングルパルス検出のパルスを出力する。中心検出カウンタ５３が行うＮ／２まで数え上げる処理では、カウントアップクロックはスレショルド間隔カウンタ５０が用いるカウントアップクロックと同じである。このように、ディレイされた入力パルス信号のスレショルド検出が行われる。
【００５３】
また、シングルパルスが検出されると、パルスペア間隔カウンタ５５はカウント動作を開始する。パルスペア間隔カウンタ５５のカウンタ値が、ＤＭＥで規定されているパルスペア間隔の範囲内である期間に、例えば時点Ｅにおいて新たなシングルパルスが検出された場合、パルスペア検出部５６は時点Ｆで示されるようにパルスペア検出を出力する。
【００５４】
引き続き、時点Ｄでのフラグパルスにより１つのパルスの山が検知され、更にもう一個のパルスが時点Ｅにて検知されると、２つのパルスの各パルス幅中心位置どうしの間隔をパルス間隔チェック部４３が測定する。
【００５５】
また、モニタ部１４は自分自身が出力した擬似質問信号の出力タイミングを知っているため、図２のパルスタイミング生成部３９から信号が通知されから、新しく入力パルス信号が受信されるまでの時間を計測することにより、システムディレイがチェックされる。
【００５６】
また、例えば１００発程度の質問信号をモニタ部１４がトランスポンダ部１３へ送出しているのに対し、応答信号が１００発トランスポンダ部１３から返っているかどうかがチェックされる。また、２つのパルスのペアが送出されるレートについても、１０００から４０００の間で推移していること等が検出される。送信電力チェックについては、検出された２つのパルスの両方のパルスレベルの最大値をチェックすることにより行われる。２つのパルスの間隔によって各質問信号にはＩＤが割当されているため、ＩＤもチェックされる。
【００５７】
このように、本実施形態に係る距離測定装置１０では、スレショルド間隔カウンタ５０が２つのパルスのうちの１つについてそのパルス波形の正確な中心位置を求めることにより、入力パルス信号の形状が変化したとしても、この形状の変化に左右されずにペアパルス間隔やシステムディレイを求めることが出来るようになる。
【００５８】
パルスを検出する方法としては、スレショルドレベルから検出する方法、信号波形の振幅の最大値から検出する方法、パルス状の信号波形の立上りの傾き又は立下りの傾きから検出する方法も存在する。パルスの立上りを検出する方法として、信号レベルがスレショルドを越えたことを検出のトリガとする方法を図５を参照し比較参考例として述べる。
【００５９】
図５はパルスのペアのうちの一方の波形を示す図である。パルス信号６０はモニタ部が受信検波したトランスポンダからの応答信号の検波出力である。モニタ部の受信回路は、パルス位置検出のタイミング基準点として、パルス信号６０の立上り部分の半振幅点を採用している。トランスポンダは応答信号を送信系終段で増幅しサーキュレータへ応答信号を入力する。トランスポンダから送出されるパルス信号６０はパワーアンプにより増幅されアンテナから送出される。
【００６０】
動作中のパワーアンプはこのパワーアンプの温度上昇や周囲温度の変動によって増幅率が変化するため、応答信号の信号レベルは温度特性を持つ。増幅率の変化によるパワーアンプの入出力特性の非線形性によって、トランスポンダからのパルス信号６０の立上り時間が変化する。温度が上昇した状態のパワーアンプを用いてトランスポンダが応答信号を送信した場合、モニタ部の受信回路は、例えばパルス信号６１やパルス信号６２のような波形の信号を検波出力する。
【００６１】
通常時、スレショルドレベル６３に対して、受信回路は信号レベルが半振幅であるタイミングｔ１にパルス信号６０を検出する。増幅率が変化した後、モニタ部の受信回路は同じスレショルドレベル６３に対し、タイミングｔ２にパルス信号６１を検出する。あるいは受信回路はタイミングｔ３にパルス信号６２を検出する。図５のパルス立上り検出の例では、タイミングｔ１にてパルスを検出することにより、モニタ部は、システムディレイを例えば５０μｓｅｃと計測する。タイミングｔ２やタイミングｔ２にてモニタ部がパルスを検出した場合、モニタ部によるシステムディレイの計測値は５０．２μｓｅｃや５０．３μｓｅｃ等と異常発生と判断される可能性を持つ値を示す。
【００６２】
これに対して、本実施形態に係る距離測定装置１０は、カウンタ値Ｎ／２まで数え上げる処理を行っているため、検波出力がたとえ図５のパルス信号６０、６１、６２のいずれであっても、これらのパルス信号６０〜６２の間で、第１のパルスの中心位置が同じ位置で出てくるようにしてパルス検出を行えるようになる。
【００６３】
パルス信号波形を微分することにより、このパルス信号波形の立上りの傾きや、立下りの傾きを求めるパルス検出方法では、パルス波形の形状が変化したときに計算量が増大し、処理に時間を要する。また、伝送回路上での反射の影響を受けてパルスの形状は変わり、製品毎にパルス形状が変わることもあるため、信号波形の振幅の最大値からパルス検出する方法を用いても、モニタ部はパルスの検出ポイントがずれた状態でこのパルスを検出することがある。
【００６４】
これに対して、本実施形態に係る距離測定装置１０では、モニタ部１４が使用するパルス検出のポイントがずれないように検出でき、トランスポンダ部１３が送出するペアパルス信号をこのペアパルス信号の正確な位置において検出することが出来る。パルスの立上りや立下りの傾きがパルス信号６０〜６２間のように異なっていても、あるいは、パルス信号の最大値や最小値が各パルス信号６０〜６２の間で異なっているような場合であっても、第１のパルスのパルス波形の中心位置で検出するため、正確な検出を行える。
【００６５】
従って、ディレイチェック、レベルチェックも正確になり、パルスのフェイントやクリエイトもなくなる。
【００６６】
パルスの形状が若干変化することに加えて、パワーアンプの製造時の特性のばらつき等や、他の回路部品の経年使用による特性変化によってもパルスの立上り時間は変化するものである。従来技術では、復調出力の波形中のパルスを検出するポイントがずれる場合が生じることがあるが、本実施形態に係る距離測定装置１０によれば、ポイントずれを生じずに検出動作を行える。
【００６７】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記の実施形態では、パルスモニタ２６は、パルス立上りによって２つのパルス信号のパルス検出を行っていたが、２つのパルス信号の各パルス立下りによってパルス検出を行ってもよい。この場合、トランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、パルス立下り時間を制御するようにする。上記実施形態は、パルス間隔が１２μｓであるＤＭＥ／Ｎの運用モードの例の説明であったが、モードの種別は種々変更可能である。
【００６８】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１１…アンテナ部、１２…スイッチ回路、１２ａ…方向性結合器、１２ｂ…終端抵抗器、１２ｃ，２４…サーキュレータ、１３…トランスポンダ部、１４…モニタ部、１５…コントロール部、１６…系切替ステータスモニタ、１７…リモート装置、１８…受信回路、１９…応答回路、２０，２３…送信回路、２１…送信切替回路、２２…トランスポンダチェック用パルス発生回路、２５…受信回路、２５ａ…検波部、２６…パルスモニタ、２７…アッテネータ、２８…変調器、２９…ＰＬＬクロックシンセサイザ、３０…Ｄ／Ａ変換器、３１…乗算器、３２…マルチパス選択部、３３…パルス反転部、３４…パルス遅延処理部、３５…パルスレベル調整部、３６…パルス立上り時間制御部、３７…パルスペア間隔制御部、３８…パルスノイズオン／オフ処理部、３９…パルスタイミング生成部、４０…パルスレベル生成部、４１…Ａ／Ｄ変換器、４２…ペアパルス検出部（パルス検出部）、４３…パルス間隔チェック部、４４…システムディレイチェック部、４５…応答効率チェック部、４６…ペアパルスレートチェック部、４７…送信電力チェック部、４８…送信ＩＤチェック部、４９…スレショルド検出部（タイミング検出部）、５０…スレショルド間隔カウンタ（第１のカウンタ部）、５１…パルスディレイメモリ（記憶部）、５２…スレショルド検出部、５３…中心検出カウンタ（第２のカウンタ部）、５４…シングルパルス検出部、５５…パルスペア間隔カウンタ、５６…パルスペア検出部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は距離測定装置（ＤＭＥ：Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機に設けられたインタロゲータは質問信号を地上の距離測定装置に対して送信する。地上に設けられた距離測定装置は、このインタロゲータからの質問信号を受信すると、一定の時間をおいて応答信号を生成してインタロゲータに対して送信する。インタロゲータは、質問信号を送信した時点から応答信号を受信した時点までの時間差を計測することによって自機と地上局との間の距離を計算する（非特許文献１参照）。
【０００３】
質問信号と応答信号とはいずれもペアパルス信号により搬送波を変調して得たパルス変調波である。ペアパルス信号はそれぞれ同じパルス幅の２つのシングルパルスを有する。距離測定装置は、質問信号を検波し、復調信号から２つのパルスのペアを検出する。距離測定装置は、２つのパルスのうちの例えば最初のパルスが検出された時点から、システムディレイ時間が経過した後、決められたパルス間隔を有する２つのパルスからなるペアパルス信号を生成し、応答信号を送信する。
【０００４】
２つのパルスを検出する方法については、従来、ツインパルスを含む信号を入力し、信号とこの信号をパルス幅で遅延させた遅延信号との乗算結果をパルス検出信号として求め、パルス検出信号とこのパルス検出信号をパルス間隔で遅延させた遅延信号との乗算結果をツインパルス検出信号とするツインパルスの検出方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
一般に距離測定装置はトランスポンダ部と、このトランスポンダ部について距離測定機能の確認や装置特性を検証するために、動作検証用のモニタ部とを有する。モニタ部はインタロゲータの送信回路と同じ送信回路を有する。モニタ部は、この送信回路が一定時間毎にトランスポンダ部に対して質問パルスを送出し、トランスポンダ部から正しく応答パルスが返ってきているかどうかを検査するようにしている。
【０００６】
モニタ部は、トランスポンダ部が送出している応答信号をチェックする。応答信号が質問信号に対して何μｓｅｃ後に返って来なければいけないということをモニタ部は確認するようにしている。例えばモニタ部は、ペアパルス信号の２つのパルスのパルス幅中心位置間のパルス間隔、システムディレイやパルスレベル等をモニタする。モニタ部は２つのパルスのペアを正確に検出する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３９２６５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＥＵＲＯＣＡＥ（European Organization For Civil Aviation Electronics）ＥＤ−５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来技術によるパルスの検出方法では、パルス波形の形状が変化したときにパルス検出タイミングが変わるため、モニタ部はパルスの検出ポイントがずれた状態でパルス検出を行うことがある。パルス波形の正確な位置でパルス信号を検出することができない。
【００１０】
そこで、本発明は、モニタ部が使用するパルス検出のポイントがずれないようにし、トランスポンダが送出するペアパルス信号をこのペアパルス信号の正確な位置において検出することが出来る距離測定装置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】
【００１１】
このような課題を解決するため、本発明の一態様によれば、無線信号を送受信するアンテナ部と、このアンテナ部を介して航空機から質問信号を受信し、この質問信号に応答して応答信号をこの航空機に対して送信するトランスポンダ部と、このトランスポンダ部に接続された方向性結合器と、この方向性結合器を介して、擬似質問信号を前記トランスポンダ部に出力し、前記トランスポンダ部からこの擬似質問信号に応答して、２つのパルスを含むペアパルス信号によりパルス変調された応答信号を入力され、前記トランスポンダ部の動作を監視するモニタ部と、を備え、このモニタ部は、入力された前記応答信号を検波し、２つのパルス状のピークを有する波形信号を出力する検波部と、この検波部が出力する前記波形信号のレベルが所要のスレショルドを越える期間を計測し、計測後、前記波形信号を所定時間遅延させ、この遅延させた波形信号の波形中の前記スレショルドを越えた点から前記期間の半分の期間が経過した点を前記波形信号の中心位置として少なくとも１つのパルスを検出するパルス検出部とを備えたことを特徴とする距離測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モニタ部が使用するパルス検出のポイントがずれないようにしてパルス検出を行うことができ、トランスポンダ部が送出する応答信号をこの応答信号に含まれるペアパルス信号の位置において正確に検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る距離測定装置のブロック図である。
【図２】モニタ部のブロック図である。
【図３】パルス検出部のブロック図である。
【図４】パルスモニタによるペアパルス検出を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【図５】パルスのペアのうちの一方の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る距離測定装置について、図１乃至図５を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る距離測定装置のブロック図である。距離測定装置１０は、無線信号を送受信するアンテナ部１１と、このアンテナ部１１に接続されたスイッチ回路１２と、それぞれ航空機からの質問信号を受信しこの質問信号に応答して応答信号をこの航空機に対して送信する２つのトランスポンダ部１３と、それぞれ各トランスポンダ部１３の動作を監視する２つのモニタ部１４と、距離測定装置１０全体の制御を司るコントロール部１５と、管制を行う側に設けられモニタ部１４が出力する計測値やアラームを監視し、このコントロール部１５との間で制御信号を収受するリモート装置１７とを備えている。
【００１６】
距離測定装置１０は、２つのトランスポンダ部１３のうちの一方を運用系又は１系として運転状態で稼動させており、他方を予備系又は２系として待機させている。距離測定装置１０は、２つのモニタ部１４のうちの一方を運用系として稼動させ、他方を予備系として待機させている。コントロール部１５は、モニタ部１４からのアラームを受信する系切替ステータスモニタ１６を有する。リモート装置１７からコントロール部１５に指令を与えると、コントロール部１５が２つのトランスポンダ部１３と、２つのモニタ部１４とに対して切替制御信号を通知することにより、各トランスポンダ部１３、各モニタ部１４はそれぞれ切り替えられるようになっている。
【００１７】
アンテナ部１１には電子走査アンテナが用いられる。アンテナ部１１は、航空機のインタロゲータからの質問信号を補足し、この質問信号に対する応答信号を送信する。
【００１８】
スイッチ回路１２は方向性結合器１２ａ、終端抵抗器１２ｂ及びサーキュレータ１２ｃからなり、無線信号を隔離、分離及び結合する。サーキュレータ１２ｃは、第１端子に入力された信号を第２端子に出力し第２端子に入力された信号を第３端子に出力し、第３端子に入力された信号を第１端子に出力するという電気的特性を有する。このサーキュレータ１２ｃの第１端子は送信回路２０の出力端子に接続され、その第２端子は方向性結合器１２ａの第１端子に接続され、第３端子は受信回路１８の入力端子に接続されている。方向性結合器１２ａの第１端子はサーキュレータ１２ｃの第２端子に接続され、第２端子はアンテナ部１１の入力端子に接続されている。第３端子は第１端子と、例えば結合度３０ｄＢで結合され、第４端子は第２端子と同様に結合度３０ｄＢで結合されている。第４端子には終端抵抗器１２ｂが接続されている。
【００１９】
方向性結合器１２ａにおいて、第１端子から入力された無線信号は第３端子には例えば−３０ｄＢで出力され残りはほとんど減衰なく第２端子に出力される。第２端子から入力された信号は第４端子に例えば−３０ｄＢで伝送され終端抵抗器１２ｂにより減衰させられ他はほとんど減衰なく第１端子に出力される。第３端子から入力された信号は第１端子に−３０ｄＢで出力される。サーキュレータ１２ｃの第２端子から出力され方向性結合器１２ａの第１端子に入力された信号は方向性結合器１２ａの第２端子にそのまま出力されるが、方向性結合器１２ａの第３端子には−３０ｄＢで信号が出力されるようになっている。
【００２０】
トランスポンダ部１３は、スイッチ回路１２からの信号を受信して検波する受信回路１８と、受信回路１８の検波出力を解析して応答信号及び擬似応答信号を生成する応答回路１９と、応答回路１９が生成した応答信号をスイッチ回路１２に送信する送信回路２０と、応答回路１９による解析結果に基いて送信タイミングを送信回路２０に与える送信切替回路２１とを備えている。
【００２１】
応答回路１９は、航空機から距離測定装置１０に対する信号であるかどうかを判定し、航空機から距離測定装置１０への信号であると判定した場合、検波出力された信号に５０μｓｅｃのシステムディレイ時間を付与し、再度符号化し、符号化した信号を応答信号として生成するようにしている。システムディレイ時間とは、距離測定装置１０が擬似質問信号を生成した後、応答信号を受信するまでに要する時間を指す。
【００２２】
２つのトランスポンダ部１３は同じ構成を有する。運用系のトランスポンダ部１３はスイッチ回路１２から入力された受信信号に対して応答処理を行うとともに、予備系のトランスポンダ部１３は同じ受信信号に対する応答処理を行わないよう動作制御を受けている。
【００２３】
モニタ部１４は方向性結合器１２ａを介して、擬似質問信号をトランスポンダ部１３に出力し、トランスポンダ部１３から、この擬似質問信号に応答した応答信号を入力されるようになっている。
【００２４】
モニタ部１４は、トランスポンダ部１３の機能監視及び動作監視のためのペアパルス信号を発生させるトランスポンダチェック用パルス発生回路２２と、このトランスポンダチェック用パルス発生回路２２からのペアパルス信号により搬送波を変調して擬似質問信号を生成する送信回路２３と、例えば３端子のサーキュレータ２４と、アンテナ部１１からの応答信号及びサーキュレータ２４を介して入力される擬似応答信号を検波する受信回路２５と、受信回路２５から検波出力されるペアパルス信号に含まれる２つのパルスの各パルス幅、各パルスレベル及びパルス間のパルス間隔を用いてトランスポンダ部１３が正常に機能していることを監視するパルスモニタ２６とを備える。
【００２５】
図２はモニタ部１４のブロック図である。同図中、上述した符号と同じ符号を有する要素はそれらと同じ要素を表す。
【００２６】
トランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、予め設定された送信レート値で決まるタイミング毎にタイミング信号を生成して出力するパルスタイミング生成部３９と、リカバリ処理の要否を予め設定され、パルスノイズを送信信号に重畳するためのパルスノイズオン／オフ処理部３８と、第１のパルス信号のパルス幅の中心及び第２のパルス信号のパルス幅の中心間の間隔が、予め設定されるパルスのペアの間隔値になるようにこれらの２つのパルス信号のパルス位置を調整するパルスペア間隔制御部３７と、予め設定されるパルス立上り時間の値によってパルスペア間隔制御部３７から出力される２つのパルス信号の各パルス立上り時間を制御するパルス立上り時間制御部３６とを有する。
【００２７】
更にトランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、パルス立上り時間制御部３６から出力される２つのパルス信号のパルスレベルを調整するパルスレベル調整部３５と、このパルスレベル調整部３５から出力される２つのパルス信号の各立下りエッジを遅延させることによってこれらのパルス信号のパルス幅を調整するパルス遅延処理部３４と、このパルス遅延処理部３４から出力される２つのパルス信号のパルス論理値を反転させるパルス反転部３３とを備える。トランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、予めオン又はオフを設定され、電波伝搬路において干渉を受ける複数のマルチパス波のうち、除去対象とするマルチパス波を選択するためのマルチパス選択部３２と、パルス立上り時間制御部３６から出力されるペアパルス信号とマルチパス選択部３２からの出力とを乗算して出力する乗算器３１とを備える。
【００２８】
加えてトランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、予め設定入力されるパルスレベル値、及び過負荷制御のオン又はオフの設定値に基いてペアパルス信号のパルスレベルを決定しパルスレベル情報を出力するパルスレベル生成部４０も有する。過負荷制御のオン、オフとは例えばスキッタパルスの送出レートを変えてトランスポンダ部１３からの送信レートを適正値に維持させるための制御を指す。
【００２９】
また、送信回路２３は、ＲＦ信号である搬送波を出力するＰＬＬクロックシンセサイザ２９と、ディジタル／アナログ変換を行うＤ／Ａ変換器３０と、ＰＬＬクロックシンセサイザ２９から出力される搬送波を、このＤ／Ａ変換器３０から出力されるペアパルス信号によって変調してパルス変調波を出力する変調器２８と、この変調器２８からのパルス変調波の波形レベルを、トランスポンダチェック用パルス発生回路２２からのパルスレベル値に調節するレベル値変更機能付きのアッテネータ２７とを備える。このアッテネータ２７から疑似質問信号がサーキュレータ２４の第１端子へ出力されるようになっている。
【００３０】
また、受信回路２５は、サーキュレータ２４からの信号波を検波する検波部２５ａと、アナログ／ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器４１とを備える。検波部２５ａは、応答信号を検波し、２つのパルス状のピークを有する波形信号を出力するものである。この検波部２５ａは、送信回路２３内のＰＬＬクロックシンセサイザ２９に接続されこのＰＬＬクロックシンセサイザ２９からの出力を移相させる図示しない移相器と、この移相器及びサーキュレータ２４の第３端子に接続され、移相器から出力される搬送波信号と受信信号とを乗算する復調器と、この復調器の出力をフィルタリングし狭帯域信号を出力するフィルタとを備える。
【００３１】
また、パルスモニタ２６は、本実施形態に係る距離測定装置１０が実行するパルス検出方法によって応答信号からペアパルス信号を検出するペアパルス検出部４２（パルス検出部）と、６種類の監視機能を実行するチェック部４３、４４、４５、４６、４７及び４８とを備える。ペアパルス検出部４２のパルス検出方法が従来例と異なる。このペアパルス検出部４２がパルス検出部として機能する。
【００３２】
ペアパルス検出部４２は、検波出力された波形信号のレベルが所要のスレショルドを越える期間を計測し、計測後、この波形信号を所定時間遅延させ、この遅延させた波形信号の波形中のスレショルドを越えた点からこの期間の半分の期間が経過した点を波形信号の中心位置として２つのパルスを検出するものである。ペアパルス検出部４２の機能は例えば図３に示すロジック回路によって実現される。
【００３３】
図３はペアパルス検出部４２のブロック図である。ペアパルス検出部４２は、検波部２５ａからのディジタル波形信号を記憶するパルスディレイメモリ５１（記憶部）と、このパルスディレイメモリ５１の波形信号のレベルがスレショルドを越える時点およびこのレベルがスレショルドを下回る時点を検出するスレショルド検出部４９（タイミング検出部）と、検出されたこれらの２つの時点の間隔をカウントアップし、得られたカウンタ値例えばＮの１／２の値Ｎ／２を出力するスレショルド間隔カウンタ５０（第１のカウンタ部）とを備える。
【００３４】
パルスディレイメモリ５１が記憶する波形信号データは、波形信号がスレショルドを越える波形中の２箇所の点の間の時間を計測する処理と、この波形信号を遅延させた後、波形中心位置を検出する処理との２系統の処理に用いられるようにされている。
【００３５】
スレショルド検出部４９が用いるスレショルドの値は、ペアパルス検出部４２よりも受信系後段に設けられている送信電力チェック回路によってアラームが報知されない程度の大きさを有し、例えば送信電力の半分を超える程度の大きさに予め設定される。
【００３６】
スレショルド間隔カウンタ５０のカウントアップクロックは、ペアパルス信号の２つのパルス波形をサンプリングしたときに波形の十分な再現性が得られる程度のクロック速度を有する。スレショルド間隔とは、略ガウス分布形状を有するパルス状の波形がスレショルドを越える時点と、このスレショルドを下回る時点との間の時間を、カウントアップクロックによって計測して表した間隔を指す。
【００３７】
更にペアパルス検出部４２は、パルスディレイメモリ５１の波形信号のレベルがスレショルドを越える時点を検出する別のスレショルド検出部５２と、スレショルド間隔カウンタ５０が出力した値Ｎ／２を数え上げ、カウントアップが満了したときに検出フラグを生成出力する中心検出カウンタ５３（第２のカウンタ部）とを備える。
【００３８】
この中心検出カウンタ５３の後段側に、ペアパルス検出部４２は、中心検出カウンタ５３からの検出フラグを通知されると第１のパルスを検出した旨のシングルパルス検出信号を出力するシングルパルス検出部５４と、このシングルパルス検出信号を受けた時点から予め決められた値のカウントアップクロックを数え上げるパルスペア間隔カウンタ５５と、このパルスペア間隔カウンタ５５がカウントアップを終了したときに第２のパルスが存在している場合、２番目のパルスも検出しパルスのペアを検出した旨のペアパルス検出信号を出力するパルスペア検出部５６とを備える。
【００３９】
また、図２のパルスモニタ２６によるモニタ機能について述べると、パルスモニタ２６が有する６つのチェック部４３、４４、４５、４６、４７及び４８はいずれも応答信号から、パルス間隔やシステムディレイなどの値を計測すること、計測値がシステム規定値の範囲内であるかどうかを検証すること、及び検証結果が否定的である場合、アラームを出力することを行うようにしている。チェック部４３〜４８は、ペアパルス検出部４２が２つのパルスからなるペアパルス信号を検出した後、このペアパルス信号を元に計測等を行う。
【００４０】
パルス間隔チェック部４３は、ペアパルス信号の２つのパルスの間のパルス間隔の値を測定し、測定値が正常であることをチェックする。システムディレイチェック部４４は、送信回路２３から疑似質問信号が送出されてから受信回路２５がその応答信号を受信するまでのシステムディレイ時間を測定し、測定値が正常であることをチェックする。応答効率チェック部４５は、トランスポンダ部１３が例えば１０００発のペアパルスを送出したときに６００発の応答が返って来ているかどうかといった応答効率を測定し、測定値が正常であることをチェックする。
【００４１】
更にペアパルスレートチェック部４６は、例えば１０００発のペアパルスがトランスポンダ部１３から送信されているかどうかなどの送信パルスレートの上限値を測定し、この値をチェックする。距離測定装置１０を利用する航空機の数が増加すると、各航空機のインタロゲータからの質問信号の数が増加する。それに伴い距離測定装置１０が各質問信号に応答するための送信パルスレートが増加する。送信パルスレートが高い状況下で１機の航空機とこの距離測定装置１０とが通信する回数は、送信パルスレートが低い状況下で同じ航空機と距離測定装置１０とが通信する回数よりも少ない。距離測定装置１０に近い航空機による質問信号の送出回数は距離測定装置１０から遠い航空機による質問信号の送出回数よりも多い。地上局に近い航空機が十分な応答率を確保することが可能なように、パルスのペアを送信するレートには上限が設けられている。ペアパルスレートチェック部４６はこのレートをチェックする。
【００４２】
また、送信電力チェック部４７は、ペアパルス信号のパルス部分の電力値を測定し、パルス部分の電力値が予め規定された送信電力値以上であるかどうかをチェックする。送信ＩＤチェック部４８は、距離測定装置１０が設置される地上局のＩＤが送出されているかどうかをチェックする。これらの６種類のチェック機能を全てパルスモニタ２６が実行することによって、距離測定装置１０がパルスペアを正常に検出していることが検証されるようになっている。
【００４３】
上述の構成を有する本実施形態に係る距離測定装置１０において、通常の運用時には、図１のトランスポンダ部１３は、航空機に搭載されているインタロゲータからの質問信号を受信していないときでも、１秒当りの送出回数を規定した条件下でランダムな時間間隔でパルスのペアにより変調されたランダムパルス信号を順次送信している。トランスポンダ部１３は、航空機からの質問信号を受信すると、ランダムパルス信号の代わりに応答信号を送信する。通常の運用状態において、トランスポンダ部１３は、ランダムパルス信号と応答信号とを含めて、１０００〜４０００ｐｐｓ（Ｐｕｌｓｅ ｐａｉｒｓ ＰｅｒＳｅｃｏｎｄ）のパルス信号を常時送信している。
【００４４】
一方、インタロゲータは、ランダムな時間間隔で質問信号を発射している。トランスポンダ部１３は、インタロゲータから発射される質問信号を受信し、復調し、この質問信号をデコードする。この後、トランスポンダ部１３は、例えば５０．０μｓｅｃ等システムディレイ時間を付与して再度符号化処理を行い送信系から応答信号を航空機に対して送信する。インタロゲータは、応答信号を受信し、復調し、質問信号と応答信号との経過時間を計測し、所定の計算式により距離測定装置１０から自機までの距離情報を算出する。
【００４５】
図４にパルスモニタ２６によるペアパルス検出を説明するためのタイミングチャートを示す。図４（ａ）には２つのパルスを有するペアパルス信号が示されており、図４（ｂ）には図４（ａ）のペアパルス信号を所定時間遅延させた同じペアパルス信号が示されている。図４（ａ）の左側の最初に受信される第１のパルスと、図４（ｂ）の同じ第１のパルスとに着目して述べる。
【００４６】
図４（ａ）の入力パルス信号は、パルスディレイメモリ５１に記憶された受信波形の波形データをアナログ的に表示した波形を表す。同図のスレショルド検出パルスは、第１のスレショルド検出部４９の出力を表す。スレショルド間隔カウンタ値はスレショルド間隔カウンタ５０のカウンタ値を表す。パルス中心位置カウンタ値は、中心検出カウンタ５３へ渡されるべきカウンタ値を表す。このパルス中心位置カウンタ値として、スレショルド間隔カウンタ５０のカウンタ値Ｎが得られたときのそのＮを２分した値が示されている。
【００４７】
図４（ｂ）の入力パルス信号のディレイ信号は、パルスディレイメモリ５１に記憶された同じ受信波形の波形データを、遅延させて出力された波形を表す。遅延時間は、パルス幅３．５μｓｅｃよりも長く、パルス間隔１２μｓｅｃよりも短い所定時間である。この遅延時間の遅延量は変更可能であり、実験、シミュレーション又はフィールドテストによって遅延量の値は決められる。また、同図のスレショルド検出パルスは第２のスレショルド検出部５２の出力を表す。パルス中心位置カウンタ値は、中心検出カウンタ５３の実カウンタ値を表す。シングルパルス検出値はシングルパルス検出部５４の出力を表す。パルスペア間隔カウンタ値はパルスペア間隔カウンタ５５の出力を表す。ペアパルス検出値は、パルスペア検出部５６の出力を表す。
【００４８】
トランスポンダ部１３からモニタ部１４に入力された応答信号は図３の入力パルス信号として、スレショルド検出部４９とパルスディレイメモリ５１とに入力される。スレショルド検出部４９は、入力パルス信号の波形が、あるスレショルドレベルを超えた場合、検出パルスを出力する。
【００４９】
図４（ａ）の時点Ａで示されるように、信号レベルがスレショルドレベルを超えたことが検出されるとスレショルド間隔カウンタ５０はスレショルド間隔をカウントし始める。同図のように、カウンタ値は１、２、３…とインクリメントされていく。時点Ｂで示されるように、信号レベルがスレショルドレベルを下回ったことをスレショルド検出部４９が検出すると、スレショルド間隔カウンタ５０はカウンタアップを終了しそのときのカウンタ値Ｎを出力する。
【００５０】
波形に着目して述べると、第１のパルス状の波形のうち、この波形とスレショルドとが交差する左右両裾部及びこれらの両裾部の間の部分の波形がサンプリングされる間、スレショルド間隔カウンタ５０はカウントアップを続ける。経時的に信号レベル値がサンプリングされていったときに、スレショルドを信号レベルが下回ると、スレショルド間隔カウンタ５０はカウントアップ動作を停止する。このときのカウンタ値がＮである。１６進数表現では、カウンタ値のＬＳＢをとった値がこのカウンタ値の半分の値に相当する。スレショルド間隔カウンタ５０は、カウンタアップを終了すると、カウンタ値Ｎの１／２の値Ｎ／２を入力パルスの中心位置を表す指標として出力する。
【００５１】
パルスディレイメモリ５１では、入力パルス信号の波形の中心位置の値が検出されるまでの間、この入力パルス信号がディレイさせられる。例えばパルス幅３．５よりも長く、パルス間隔得１２μｓｅｃよりも短い時間が経過した後、スレショルド検出部５２及び中心検出カウンタ５３は動作を開始する。図４（ｂ）に示すように、スレショルド検出部５２は、遅延させておいた入力パルス信号がスレショルドを越えるかどうかを判定し始める。このスレショルド検出部５２は時点Ｃで示されるように、信号レベルがスレショルドレベルを超えたことを検出する。
【００５２】
検出されると中心検出カウンタ５３はカウント動作を始める。同図のように、中心検出カウンタ５３は、１、２、３…とインクリメントしていき、この中心検出カウンタ５３のカウンタ値が値Ｎ／２と一致したかどうかを見て、一致した場合、カウント動作を終了させる。時点Ｄで示されるように、中心検出カウンタ５３はシングルパルス検出のパルスを出力する。中心検出カウンタ５３が行うＮ／２まで数え上げる処理では、カウントアップクロックはスレショルド間隔カウンタ５０が用いるカウントアップクロックと同じである。このように、ディレイされた入力パルス信号のスレショルド検出が行われる。
【００５３】
また、シングルパルスが検出されると、パルスペア間隔カウンタ５５はカウント動作を開始する。パルスペア間隔カウンタ５５のカウンタ値が、ＤＭＥで規定されているパルスペア間隔の範囲内である期間に、例えば時点Ｅにおいて新たなシングルパルスが検出された場合、パルスペア検出部５６は時点Ｆで示されるようにパルスペア検出を出力する。
【００５４】
引き続き、時点Ｄでのフラグパルスにより１つのパルスの山が検知され、更にもう一個のパルスが時点Ｅにて検知されると、２つのパルスの各パルス幅中心位置どうしの間隔をパルス間隔チェック部４３が測定する。
【００５５】
また、モニタ部１４は自分自身が出力した擬似質問信号の出力タイミングを知っているため、図２のパルスタイミング生成部３９から信号が通知されから、新しく入力パルス信号が受信されるまでの時間を計測することにより、システムディレイがチェックされる。
【００５６】
また、例えば１００発程度の質問信号をモニタ部１４がトランスポンダ部１３へ送出しているのに対し、応答信号が１００発トランスポンダ部１３から返っているかどうかがチェックされる。また、２つのパルスのペアが送出されるレートについても、１０００から４０００の間で推移していること等が検出される。送信電力チェックについては、検出された２つのパルスの両方のパルスレベルの最大値をチェックすることにより行われる。２つのパルスの間隔によって各質問信号にはＩＤが割当されているため、ＩＤもチェックされる。
【００５７】
このように、本実施形態に係る距離測定装置１０では、スレショルド間隔カウンタ５０が２つのパルスのうちの１つについてそのパルス波形の正確な中心位置を求めることにより、入力パルス信号の形状が変化したとしても、この形状の変化に左右されずにペアパルス間隔やシステムディレイを求めることが出来るようになる。
【００５８】
パルスを検出する方法としては、スレショルドレベルから検出する方法、信号波形の振幅の最大値から検出する方法、パルス状の信号波形の立上りの傾き又は立下りの傾きから検出する方法も存在する。パルスの立上りを検出する方法として、信号レベルがスレショルドを越えたことを検出のトリガとする方法を図５を参照し比較参考例として述べる。
【００５９】
図５はパルスのペアのうちの一方の波形を示す図である。パルス信号６０はモニタ部が受信検波したトランスポンダからの応答信号の検波出力である。モニタ部の受信回路は、パルス位置検出のタイミング基準点として、パルス信号６０の立上り部分の半振幅点を採用している。トランスポンダは応答信号を送信系終段で増幅しサーキュレータへ応答信号を入力する。トランスポンダから送出されるパルス信号６０はパワーアンプにより増幅されアンテナから送出される。
【００６０】
動作中のパワーアンプはこのパワーアンプの温度上昇や周囲温度の変動によって増幅率が変化するため、応答信号の信号レベルは温度特性を持つ。増幅率の変化によるパワーアンプの入出力特性の非線形性によって、トランスポンダからのパルス信号６０の立上り時間が変化する。温度が上昇した状態のパワーアンプを用いてトランスポンダが応答信号を送信した場合、モニタ部の受信回路は、例えばパルス信号６１やパルス信号６２のような波形の信号を検波出力する。
【００６１】
通常時、スレショルドレベル６３に対して、受信回路は信号レベルが半振幅であるタイミングｔ１にパルス信号６０を検出する。増幅率が変化した後、モニタ部の受信回路は同じスレショルドレベル６３に対し、タイミングｔ２にパルス信号６１を検出する。あるいは受信回路はタイミングｔ３にパルス信号６２を検出する。図５のパルス立上り検出の例では、タイミングｔ１にてパルスを検出することにより、モニタ部は、システムディレイを例えば５０μｓｅｃと計測する。タイミングｔ２やタイミングｔ２にてモニタ部がパルスを検出した場合、モニタ部によるシステムディレイの計測値は５０．２μｓｅｃや５０．３μｓｅｃ等と異常発生と判断される可能性を持つ値を示す。
【００６２】
これに対して、本実施形態に係る距離測定装置１０は、カウンタ値Ｎ／２まで数え上げる処理を行っているため、検波出力がたとえ図５のパルス信号６０、６１、６２のいずれであっても、これらのパルス信号６０〜６２の間で、第１のパルスの中心位置が同じ位置で出てくるようにしてパルス検出を行えるようになる。
【００６３】
パルス信号波形を微分することにより、このパルス信号波形の立上りの傾きや、立下りの傾きを求めるパルス検出方法では、パルス波形の形状が変化したときに計算量が増大し、処理に時間を要する。また、伝送回路上での反射の影響を受けてパルスの形状は変わり、製品毎にパルス形状が変わることもあるため、信号波形の振幅の最大値からパルス検出する方法を用いても、モニタ部はパルスの検出ポイントがずれた状態でこのパルスを検出することがある。
【００６４】
これに対して、本実施形態に係る距離測定装置１０では、モニタ部１４が使用するパルス検出のポイントがずれないように検出でき、トランスポンダ部１３が送出するペアパルス信号をこのペアパルス信号の正確な位置において検出することが出来る。パルスの立上りや立下りの傾きがパルス信号６０〜６２間のように異なっていても、あるいは、パルス信号の最大値や最小値が各パルス信号６０〜６２の間で異なっているような場合であっても、第１のパルスのパルス波形の中心位置で検出するため、正確な検出を行える。
【００６５】
従って、ディレイチェック、レベルチェックも正確になり、パルスのフェイントやクリエイトもなくなる。
【００６６】
パルスの形状が若干変化することに加えて、パワーアンプの製造時の特性のばらつき等や、他の回路部品の経年使用による特性変化によってもパルスの立上り時間は変化するものである。従来技術では、復調出力の波形中のパルスを検出するポイントがずれる場合が生じることがあるが、本実施形態に係る距離測定装置１０によれば、ポイントずれを生じずに検出動作を行える。
【００６７】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記の実施形態では、パルスモニタ２６は、パルス立上りによって２つのパルス信号のパルス検出を行っていたが、２つのパルス信号の各パルス立下りによってパルス検出を行ってもよい。この場合、トランスポンダチェック用パルス発生回路２２は、パルス立下り時間を制御するようにする。上記実施形態は、パルス間隔が１２μｓであるＤＭＥ／Ｎの運用モードの例の説明であったが、モードの種別は種々変更可能である。
【００６８】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１１…アンテナ部、１２…スイッチ回路、１２ａ…方向性結合器、１２ｂ…終端抵抗器、１２ｃ，２４…サーキュレータ、１３…トランスポンダ部、１４…モニタ部、１５…コントロール部、１６…系切替ステータスモニタ、１７…リモート装置、１８…受信回路、１９…応答回路、２０，２３…送信回路、２１…送信切替回路、２２…トランスポンダチェック用パルス発生回路、２５…受信回路、２５ａ…検波部、２６…パルスモニタ、２７…アッテネータ、２８…変調器、２９…ＰＬＬクロックシンセサイザ、３０…Ｄ／Ａ変換器、３１…乗算器、３２…マルチパス選択部、３３…パルス反転部、３４…パルス遅延処理部、３５…パルスレベル調整部、３６…パルス立上り時間制御部、３７…パルスペア間隔制御部、３８…パルスノイズオン／オフ処理部、３９…パルスタイミング生成部、４０…パルスレベル生成部、４１…Ａ／Ｄ変換器、４２…ペアパルス検出部（パルス検出部）、４３…パルス間隔チェック部、４４…システムディレイチェック部、４５…応答効率チェック部、４６…ペアパルスレートチェック部、４７…送信電力チェック部、４８…送信ＩＤチェック部、４９…スレショルド検出部（タイミング検出部）、５０…スレショルド間隔カウンタ（第１のカウンタ部）、５１…パルスディレイメモリ（記憶部）、５２…スレショルド検出部、５３…中心検出カウンタ（第２のカウンタ部）、５４…シングルパルス検出部、５５…パルスペア間隔カウンタ、５６…パルスペア検出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を送受信するアンテナ部と、
このアンテナ部を介して航空機から質問信号を受信し、この質問信号に応答して応答信号をこの航空機に対して送信するトランスポンダ部と、
このトランスポンダ部に接続された方向性結合器と、
この方向性結合器を介して、擬似質問信号を前記トランスポンダ部に出力し、前記トランスポンダ部からこの擬似質問信号に応答して、２つのパルスを含むペアパルス信号によりパルス変調された応答信号を入力され、前記トランスポンダ部の動作を監視するモニタ部と、を備え、
このモニタ部は、
入力された前記応答信号を検波し、２つのパルス状のピークを有する波形信号を出力する検波部と、
この検波部が出力する前記波形信号のレベルが所要のスレショルドを越える期間を計測し、計測後、前記波形信号を所定時間遅延させ、この遅延させた波形信号の波形中の前記スレショルドを越えた点から前記期間の半分の期間が経過した点を前記波形信号の中心位置として少なくとも１つのパルスを検出するパルス検出部とを備えたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記パルス検出部は、
前記検波部からの前記波形信号を記憶する記憶部と、
この記憶部の前記波形信号のレベルが前記スレショルドを越える第１の時点、および前記レベルが前記スレショルドを下回る第２の時点を検出するタイミング検出部と、
このタイミング検出部が検出したこれらの第１の時点および前記第２の時点の間隔をカウントアップし、得られたカウンタ値の１／２の値を出力する第１のカウンタ部と、
この第１のカウンタ部が出力した前記１／２の値をカウント動作し、カウントアップが満了したときに前記中心位置を検出したフラグを出力する第２のカウンタ部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項１】
無線信号を送受信するアンテナ部と、
このアンテナ部を介して航空機から質問信号を受信し、この質問信号に応答して応答信号をこの航空機に対して送信するトランスポンダ部と、
このトランスポンダ部に接続された方向性結合器と、
この方向性結合器を介して、擬似質問信号を前記トランスポンダ部に出力し、前記トランスポンダ部からこの擬似質問信号に応答して、２つのパルスを含むペアパルス信号によりパルス変調された応答信号を入力され、前記トランスポンダ部の動作を監視するモニタ部と、を備え、
このモニタ部は、
入力された前記応答信号を検波し、２つのパルス状のピークを有する波形信号を出力する検波部と、
この検波部が出力する前記波形信号のレベルが所要のスレショルドを越える期間を計測し、計測後、前記波形信号を所定時間遅延させ、この遅延させた波形信号の波形中の前記スレショルドを越えた点から前記期間の半分の期間が経過した点を前記波形信号の中心位置として少なくとも１つのパルスを検出するパルス検出部とを備えたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記パルス検出部は、
前記検波部からの前記波形信号を記憶する記憶部と、
この記憶部の前記波形信号のレベルが前記スレショルドを越える第１の時点、および前記レベルが前記スレショルドを下回る第２の時点を検出するタイミング検出部と、
このタイミング検出部が検出したこれらの第１の時点および前記第２の時点の間隔をカウントアップし、得られたカウンタ値の１／２の値を出力する第１のカウンタ部と、
この第１のカウンタ部が出力した前記１／２の値をカウント動作し、カウントアップが満了したときに前記中心位置を検出したフラグを出力する第２のカウンタ部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−８０８９３（Ｐ２０１１−８０８９３Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３４１９７（Ｐ２００９−２３４１９７）
【出願日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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