JP3539799B2 - Air traffic control radar system - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、レーダによる測位値とNAVSTAR GPS(Navigation Satellite Time and Ranging Global Positioning System 、以下GPSと略す)による測位値との双方を用いて航空機の位置を表示する航空管制用レーダシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
飛行中の航空機の位置、相互距離を把握するために利用される航空管制用レーダシステムとして、空港監視レーダ(ASR:Airport Surveillance Radar )システム、航空路監視レーダ(ARSR:Air Route Surveillance Radar)システム、2次監視レーダ(SSR:Secondary Surveillance Radar)システムがある。ASRシステムは空港周辺(60〜70海里以内)空域の航空機の進入管制及び出発管制を行う。ARSRシステムはアンテナを中心として200海里以内の空域の航空機を監視する。ASRシステムとARSRシステムはいずれもアンテナから電波を放射し目標物からの反射波により目標物の距離と方位を測定する。SSRシステムは地上から電波にのせて符号パルスを送信し、航空機は搭載したトランスポンダで地上局に航空機識別コード及び高度を符号化して返信する。SSRシステムをASRシステム、ARSRシステムと併用することにより、地上のレーダ局はレーダ局から見た航空機の距離、方位に加えて、航空機の識別コード及び高度を知ることができる。
【0003】
ASRシステム、ARSRシステムは航空機側に設備を必要としないが、一方、SSRシステムに対応するには航空機はトランスポンダを搭載する必要がある。近年、航空交通の発達に伴いSSRシステムは重要度を増しており、日本においてはほとんどの航空機はこのトランスポンダの搭載を義務づけられている。
【0004】
以上のレーダシステムは、地上において航空機の位置を測定するためのシステムであるが、一方、航空機が自身の位置を知る航法システムの一つとして、GPSがある。
【0005】
GPSは全地球上をカバーするように配置された衛星群を基準として自己の正確な3次元位置を測定するシステムであり、その精度は一般にはおよそ100m以下であり、これはレーダシステムより良い精度である。GPSにより位置を知るためには、航空機は、衛星からの符号化信号電波を受信し測位計算処理を行うGPS受信機を搭載する必要がある。精度が良いことから、機上のGPS受信機により取得した測位値を通信衛星等の通信媒体を経由して地上に伝送し航空管制に用いるシステムが将来的には予想される。しかし現在においては、その機上設備に要する費用のため、全ての航空機がGPSに対応するまでには至っていない。
【0006】
また、従来はレーダで測定した距離と方位との2次元座標であるレーダ系座標とGPSによる測位値である世界標準座標とを同一画面に合わせて表示することはされていなかった。
【0007】
図9は、従来の航空管制用レーダシステムによるレーダ系座標表示装置とGPSによる世界標準座標表示装置の表示例を説明する図であり、図9(a)は表示対象となる航空機を地表に垂直な面に投影して航空機の配置を示した図であり、この配置に対して、レーダ系座標表示装置の画面(以下、レーダ座標系画面と呼ぶ)では図9(b)、GPSによる世界標準座標表示装置の画面(以下、世界標準座標系画面と呼ぶ)では図9(c)のように表示される。図において、航空機1A、1Bは、GPS、SSRの双方に対応した航空機である。レーダ局2は航空機1Aから、
(i) レーダ測定座標(レーダ局に対する距離r及び方位φ)、
(ii)SSRによる航空機識別コード及び高度h、
(iii) GPS衛星群3からの電波により測位した3次元の世界標準座標、
の3通りの情報を得る。ここで(iii) の情報は通信衛星、VHFデータリンク、SSRモードS等の通信媒体を介してレーダ局に伝送される。航空機1Bは、レーダ局2との間に障害物がありブラインドエリア内に位置しているので、レーダ局2は航空機1Bから上記情報のうち(iii) のみを得る。航空機1CはSSR対応、GPS非対応の航空機であり、レーダ局2は上記情報のうち(i) と(ii)とを得る。航空機1Dは、SSRにもGPSにも非対応の航空機であり、レーダ局2は上記情報のうち(i) のみを得る。
【0008】
これらの情報によって、レーダ局2のレーダ座標系画面には図9(b)に示すがごとく、航空機1A、1C、1Dの各機影4A、4C、4Dが表示されるが、ブラインドエリア内の航空機1Bは表示されない。
【0009】
また世界標準座標系画面には、図9(c)に示すがごとく、航空機1A、1Bの各機影5A、5Bが表示されるが、GPS非対応の航空機1C、1Dは表示されない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来の航空管制用レーダシステムでは、GPSで測定された精度の良い測位値を利用していなかったため、レーダ技術で定められる以上の測位精度を得られないという問題があった。また山陰などレーダ電波の届かないブラインドエリアの航空機は測位・位置表示できないという問題もあった。
【0011】
一方、GPSを用いた世界標準座標による航空機の位置表示は、レーダより精度良い表示が可能であるが、航空機のGPSへの対応率の低い現状においては、航空管制用システムとしては実用性を欠くという問題があった。
【0012】
以上の問題を解決するために、レーダシステムとGPSとの両システムから得られる測位値を同一画面に合わせて表示するにしても、レーダシステムとGPSとは元来異なる原理に基づく別システムであるため、両システムの測位値間の互換利用に普遍性が保証されず、単純に両システムの測位値を混同して利用することはできなかった。
【0013】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、第1の目的は、レーダシステムとGPSとの両測位値を精度良く相互利用して、航空機の位置表示精度が優れた航空管制用レーダシステムを提供することにある。
【0014】
第2の目的は、ブラインドエリア内の航空機を位置表示できる航空管制用レーダシステムを提供することにある。
【0015】
第3の目的は、航空機の追尾処理精度が向上した航空管制用レーダシステムを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1では、レーダ局からレーダ電波を発射して、飛行中の航空機の距離と方位との2次元のレーダ系座標を測定する手段を有する航空管制用レーダシステムにおいて、レーダ局からのレーダ電波を反射するリフレクターとGPS受信機とを備えた反射局を有し、レーダ局は、GPS受信機を備えたGPS対応航空機から通報される、該GPS受信機により測定された該航空機の世界標準座標を受信する手段を有し、GPS対応航空機の世界標準座標がレーダ座標系での変換レーダ系座標に変換され、該変換においては変換前の世界標準座標の経緯度と変換レーダ系座標とのいずれか一方が、反射局に備えたGPS受信機により測定された世界標準座標と反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正されること、を特徴とする。
【0017】
請求項2においては、レーダ局はレーダにより測定されたレーダ測定座標を位置表示するレーダ系座標表示装置を有し、GPS対応航空機は反射局に備えたGPS受信機により測定された世界標準座標と反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正された変換レーダ系座標によってレーダ系座標表示装置に位置表示され、GPS非対応航空機はレーダ測定座標によってレーダ系座標表示装置に位置表示されること、を特徴とする。
【0018】
請求項3においては、GPS対応航空機の追尾処理が、反射局に備えたGPS受信機により測定された世界標準座標と反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正された変換レーダ系座標と、レーダ測定座標とを照合して行われること、を特徴とする。
【0019】
請求項4では、レーダ局からレーダ電波を発射して飛行中の航空機の距離と方位との2次元のレーダ系座標を測定する手段を有する航空管制用レーダシステムにおいて、レーダ局からのレーダ電波を反射するリフレクターとGPS受信機とを備えた反射局を有し、レーダ局は、GPS受信機を備えたGPS対応航空機から通報される、該GPS受信機により測定された該航空機の世界標準座標を受信する手段と、高度と経緯度とからなる該世界標準座標によりGPS対応航空機を位置表示する世界標準座標表示装置とを有し、2次監視レーダトランスポンダを備えたSSR対応航空機のレーダ測定座標が、2次監視レーダトランスポンダにより通報される高度を用いて世界標準座標系での変換経緯度に変換され、該変換においては航空機の変換前のレーダ測定座標と変換経緯度とのいずれか一方が、反射局に備えたGPS受信機により測定された世界標準座標と反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正され、SSR対応航空機が変換経緯度によって世界標準座標表示装置に位置表示されること、を特徴とする。
【0020】
【作用】
請求項1においては、GPS対応航空機の世界標準座標がレーダ座標系での変換レーダ系座標に変換される際、変換前の世界標準座標の経緯度と変換レーダ系座標とのいずれか一方が、反射局に備えたGPS受信機により測定された世界標準座標と反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正される。
【0021】
請求項2においては、GPS対応航空機は反射局に備えたGPS受信機により測定された世界標準座標と反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正された変換レーダ系座標によってレーダ系座標表示装置に位置表示され、GPS非対応航空機はレーダ測定座標によってかかるレーダ系座標表示装置に位置表示される。
【0022】
請求項3においては、GPS対応航空機の追尾処理が、反射局に備えたGPS受信機により測定された世界標準座標と反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正された変換レーダ系座標と、レーダ測定座標とを照合して行われる。
【0023】
請求項4においては、2次監視レーダトランスポンダを備えたSSR対応航空機のレーダ測定座標が、2次監視レーダトランスポンダにより通報される高度を用いて世界標準座標系での変換経緯度に変換される際、航空機の変換前のレーダ測定座標と変換経緯度とのいずれか一方が、反射局に備えたGPS受信機により測定された世界標準座標と反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正され、SSR対応航空機が変換経緯度によって世界標準座標表示装置に位置表示される。
【0024】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、図において同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【0025】
[実施例1]
図1は、本発明の航空管制用レーダシステムによるレーダ座標系画面と世界標準座標系画面の表示例を説明する図である。図1(a)は表示対象となる航空機を地表に垂直な面に投影して航空機の配置を示した図であり、この配置に対して、レーダ座標系画面では図1(b)、世界標準座標系画面では図1(c)のように表示される。図1(a)において反射局6にはレーダ電波を反射するリフレクター7とGPS受信機8とが同位置に設置されている。反射局6は例えば空港内等のレーダの測距範囲内に設置する。
【0026】
図1(b)を用いて、本発明の第1の実施例である、GPS対応航空機の世界標準座標をレーダ系座標に変換してレーダ座標系画面に重畳して表示する航空管制用レーダシステムを説明する。レーダ座標系画面上で航空機1C、1Dはそれぞれ従来と同じ位置4C、4Dに表示される。反射局に対しては、リフレクター7によるレーダ測定座標9とGPS受信機から通報される世界標準座標10とを取得可能である。これら座標9、10は実際の画面に表示不要である。この両座標9、10はそれぞれレーダ、GPSという異なった方法で測定されているため一致する保証はない。本航空管制用レーダシステムは、GPS対応航空機に対しては、前記両座標9、10の差を補正情報として使用して世界標準座標をレーダ系座標に変換し、GPS対応航空機をレーダ座標系画面に表示する。例えば、GPS対応航空機1A、1Bがレーダ座標系画面の位置11A、11Bに表示される。
【0027】
上記座標変換における補正は精度の良いGPSによる測位値をこれより精度の悪いレーダ測位値に合わせる方向に行っているので、GPS対応航空機のレーダ局に対する距離の精度は改善されないが、GPS対応航空機とレーダ座標系画面に表示される他の全航空機(GPS対応航空機及びGPS非対応航空機)との相対距離の精度が改善される。また、ブラインドエリアに位置して、従来のレーダ座標系画面に表示されなかった航空機1Bも係る画面に重畳して表示される。
【0028】
変換方法を詳しく説明する。
【0029】
初めに以下用いる表記について説明する。[ 位置P]、〈位置P 〉は対象物Pのそれぞれ世界標準座標、レーダ系座標を表す。また説明を簡単にするためにレーダの測距範囲に対して地球は十分大きくその曲率を無視できるとするとレーダ局を原点に直交座標系をとることができる。世界標準座標の経緯度座標の代わりとなるこの直交座標系の地表面に水平な2軸をx軸、y軸とし、高さ方向をz軸とする。この直交座標系での測位値のx、y、z成分はそれぞれ添字x、y、hで表す。対象物Pは世界標準座標系画面には[ 位置Px] 、[ 位置Py] を用いて位置表示される。〈位置P 〉は方位角φと距離rで表されるが、方位角をx軸の正の向きからy軸の正の向きに測るものとすると、対象物Pはレーダ座標系画面には、
〈位置P η〉=rcos φ ………(1)
〈位置P ξ〉=rsin φ ………(2)
で定義する〈位置P η〉、〈位置P ξ〉を用いて位置表示される。ここで説明を簡単にするために、レーダアンテナとリフレクター、GPS受信機とは世界標準座標系においてほぼ同じ高さに設置すると前記補正情報は
[ 補正量x]=[ 測位値10x]−〈測位値9 η〉 ………(3)
[ 補正量y]=[ 測位値10y]−〈測位値9 ξ〉 ………(4)
と定義できる。(もし、レーダアンテナとリフレクターの高度が異なる場合は、リフレクター7の高さ方向(仰角方向)の情報をGPS受信機の高度[ 測位値10h]で補うなどして対応が可能である。)
次にGPS対応航空機1AのGPSにより測定した世界標準座標[ 測位値(5A)] の変換を例に説明する。まず、水平方向の補正を以下の式で行う。
【0030】
[ 補正位置(12A)x] =[ 測位値(5A)x]−[ 補正量x] ………(5)
[ 補正位置(12A)y] =[ 測位値(5A)y]−[ 補正量y] ………(6)
続いて以下の式で[ 補正位置(12A)]から対応するレーダ系座標〈変換レーダ系座標(11A) 〉に変換する。
【0031】
【数1】
この変換により、世界標準座標[ 測位値(5A)] は、レーダ局から[ 補正位置 (12A)]方向に距離([ 補正位置(12A)x] 2 +[ 補正位置(12A)y] 2 )1/2 を有するレーダ系座標〈変換レーダ系座標(11A) 〉に変換される。GPS対応航空機1Aはこのレーダ系座標によってレーダ座標系画面に位置表示される。
【0032】
なお、上記、補正計算とレーダ系座標への変換計算の順序は逆にしてもよい。
【0033】
[実施例2]
図1(c)を用いて、本発明の第2の実施例である、SSR対応かつGPS非対応の航空機のレーダ系座標を世界標準座標に変換して世界標準座標系画面に重畳して表示する航空管制用レーダシステムを説明する。世界標準座標系画面上で前記GPS航空機1A、1Bはそれぞれ従来と同じ位置5A、5Bに表示される。本航空管制用レーダシステムは、航空機がGPS非対応であってもSSR対応であれば、そのレーダ系座標を世界標準座標に変換し、GPS対応航空機とともに世界標準座標系画面に表示できる。例えば、SSR対応かつGPS非対応である航空機1Cが世界標準座標系画面の位置13Cに表示される。この座標変換は前記補正情報を使用してレーダシステムとGPSとのシステム間のずれを補正するので、GPS非対応航空機と世界標準座標系画面に表示されるGPS対応の他の航空機との相対距離の精度が良い。
【0034】
航空機1Cのレーダ測定座標〈測位値(4C)〉から世界標準座標[ 変換世界標準座標(13C)]への変換を例として具体的に説明する。世界標準座標系を前記直交座標で表現すると、世界標準座標系の経緯度は前記直交座標のx成分、y成分に対応づけられる。まず、以下の式で〈測位値(4C)〉が、SSRで得られる航空機1Cの高度[ 測位値Ch] を用いて、[ 補正前位置(14C)]に変換される。
【0035】
【数3】
【数4】
次に実施例1で定義した補正情報を用いて、レーダシステムとGPSとのシステム間のずれが抑制されるように以下の補正を行う。
【0036】
[ 変換世界標準座標(13C)x] =[ 補正前位置(14C)x] +[ 補正量x]………(11)
[ 変換世界標準座標(13C)y] =[ 補正前位置(14C)y] +[ 補正量y]………(12)
GPS非対応航空機1Cはこの世界標準座標によって世界標準座標系画面に位置表示される。
【0037】
なお、上記、補正計算とレーダ系座標への変換計算の順序は逆にしてもよい。
【0038】
[実施例3]
図2は、本発明の第3の実施例である航空管制用レーダシステムの表示装置のブロック図である。本表示装置のデータ処理装置20は、レーダシステムによる航空機の測位値21とGPSによる航空機の測位値22とを入力とし、処理結果をディスプレイ23に表示する。データ処理装置20は、6通りの処理モードを提供する。利用者は処理モードを選択・使用する。モードの選択に関しては、ディスプレイ側にパネルスイッチやコマンド入力手段を設ける方式と、データ処理装置20側でコマンド入力により設定する方式とがある。またディスプレイ側で選択する場合のデータ処理装置20内での処理方式としては、これらスイッチ等により指定されたモードのみの処理を行う方式と、全モードの処理を行い適宜選択されるモードのデータのみをディスプレイに出力する方式とがある。
【0039】
図3から図8は、各処理モードの処理フロー図である。
【0040】
図3はレーダ測位値のみを使用して航空機をレーダ系座標にてディスプレイに表示するモードである。すなわちこのときディスプレイはレーダ座標系画面として機能している。レーダ信号処理30は不要な反射信号であるクラッタの消去やノイズ中からの目標信号の検出などレーダ信号に対する基本的な処理を行う。追尾・相関処理31は、レーダの複数回のスキャン間の相関処理を行い、残留クラッタの除去や目標機の時間推移状態を確定する処理を行う。
【0041】
図4はGPS測位値から得られる航空機位置をレーダ測位値による他の航空機位置とともにレーダ座標系画面に表示するモードである。レーダ系座標化処理32は、実施例1で述べた、レーダシステム/GPSの差異を補正しつつ世界標準座標をレーダ系座標に変換する処理である。重畳処理33はレーダ測位値とGPS測位値とを重畳して1つのビデオ出力を生成する処理である。この処理ではレーダ測位値とGPS測位値の両方が得られる航空機については、GPS測位値のみを用いて位置表示を行う。またレーダ測位値を位置表示する表示シンボルとGPS測位値を位置表示する表示シンボルとは異なる形状を利用して、利用者が区別可能とする。
【0042】
図5は追尾・相関処理31における複数目標機の分離識別にレーダ測位値、GPS測位値の双方を利用して精度、信頼性を向上させるレーダ座標系画面表示モードである。GPS測位値はレーダ系座標化処理32を施して利用される。また両測位値を利用する際には、各測位値がレーダ局に伝達されるまでのデータ通信時間の違いを考慮に入れることが精度確保に必要である。ここで、両測位値の一方しか得られない航空機、例えばGPS非対応航空機やレーダブラインドエリアを飛行中のGPS対応航空機などは、その一方のみを用いて追尾・相関処理31を行う。
【0043】
図6はGPS測位値のみを使用して航空機を世界標準座標にてディスプレイに表示するモードである。すなわちこのときディスプレイは世界標準座標系画面として機能している。追尾・相関処理31は、GPS測位値から目標機の時間推移状態を確定する処理を行う。
【0044】
図7はレーダ測位値から得られる航空機位置をGPS測位値による他の航空機位置とともに世界標準座標系画面に表示するモードである。世界標準座標化処理34は、実施例2で述べた、レーダシステム/GPSの差異を補正しつつレーダ系座標を世界標準座標に変換する処理である。重畳処理33は図4と同じ機能を有する処理であり、やはりレーダ測位値/GPS測位値のそれぞれの表示シンボルは異なる形状を利用して、利用者が区別可能とする。
【0045】
図8は追尾・相関処理31における複数目標機の分離識別にレーダ測位値、GPS測位値の双方を利用して精度、信頼性を向上させる世界標準座標系画面表示モードである。レーダ測位値は世界標準座標化処理34を施して利用される。また両測位値を利用する際には、各測位値がレーダ局に伝達されるまでのデータ通信時間の違いを考慮に入れることが精度確保に必要である。ここで、両測位値の一方しか得られない航空機、例えばSSR対応であるがGPS非対応である航空機やレーダブラインドエリアを飛行中のGPS対応航空機などは、その一方のみを用いて追尾・相関処理31を行う。
【0046】
以上、これまで航空管制用システムとして述べたシステムは、航空機ばかりでなく、一定範囲を移動する船舶、自動車等にも適用が可能である。
【0047】
【発明の効果】
本発明の請求項1の航空管制用レーダシステムによれば、GPS測位値が精度良くレーダ系座標に変換されるという効果がある。
【0048】
本発明の請求項2の航空管制用レーダシステムによれば、レーダ測定座標により航空機が表示されるレーダ系座標表示装置にGPS対応航空機が精度良く重畳して表示され、GPS対応航空機とレーダ座標系画面に表示される他の全航空機との相対距離の精度が改善される効果と、レーダブラインドエリアに位置する航空機であってもGPS対応航空機であればレーダ座標系画面に表示される効果とがある。
【0049】
本発明の請求項3の航空管制用レーダシステムによれば、GPS対応航空機に対する追尾処理精度が、反射局に備えたGPS受信機により測定された世界標準座標と反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正された変換レーダ系座標と、レーダ測定座標とを照合することによって向上する効果がある。
【0050】
本発明の請求項4の航空管制用レーダシステムによれば、高精度のGPS測定座標により航空機が表示される世界標準座標表示装置にGPS非対応航空機のうちSSR対応航空機が精度良く重畳して表示され、表示対象航空機が補完されるという効果がある。
【0051】
以上のように、本発明によれば、航空管制用レーダシステムの航空機位置管理の正確さが向上し、発達した今日の航空交通の安全に資するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の航空管制用レーダシステムの構成とそのレーダ座標系画面と世界標準座標系画面を説明する平面図。
【図2】本発明第3実施例の航空管制用レーダシステムの表示装置のブロック図。
【図3】本発明第3実施例の表示装置の処理フロー図。
【図4】本発明第3実施例の表示装置の処理フロー図。
【図5】本発明第3実施例の表示装置の処理フロー図。
【図6】本発明第3実施例の表示装置の処理フロー図。
【図7】本発明第3実施例の表示装置の処理フロー図。
【図8】本発明第3実施例の表示装置の処理フロー図。
【図9】従来の航空管制用レーダシステムによるレーダ系座標表示装置とGPSによる世界標準座標表示装置の表示例を説明する平面図。
【符号の説明】
1A,1B,1C,1D 航空機、2 レーダ局、3 GPS衛星群、4A,4C,4D 航空機のレーダ測定座標、5A,5B 航空機のGPSによる世界標準座標、6 反射局、7 リフレクター、9 反射局のレーダ測定座標、10反射局のGPSによる世界標準座標、11A,11B 航空機の変換レーダ系座標、13C 航空機の変換世界標準座標、20 データ処理装置、31 追尾・相関処理、32 レーダ系座標化処理、34 世界標準座標化処理。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an air traffic control radar system that displays the position of an aircraft using both a position value obtained by radar and a position value obtained by NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Time and Ranging Global Positioning System).
[0002]
[Prior art]
Airport Surveillance Radar (ASR), Air Route Surveillance Radar (ARSR), There is a secondary surveillance radar (SSR) system. The ASR system provides access control and departure control for aircraft in the airspace around the airport (within 60-70 nautical miles). The ARSR system monitors aircraft in airspace within 200 nautical miles around the antenna. Both the ASR system and the ARSR system radiate radio waves from the antenna and measure the distance and direction of the target by the reflected waves from the target. The SSR system transmits code pulses on the radio wave from the ground, and the aircraft encodes and transmits an aircraft identification code and altitude to a ground station with an on-board transponder. By using the SSR system together with the ASR system and the ARSR system, the radar station on the ground can know the identification code and altitude of the aircraft in addition to the distance and direction of the aircraft viewed from the radar station.
[0003]
The ASR system and the ARSR system do not require equipment on the aircraft side, whereas the aircraft needs to be equipped with a transponder to support the SSR system. In recent years, the importance of the SSR system has been increasing with the development of air traffic, and in Japan, the installation of this transponder is obligatory for most aircraft.
[0004]
The above radar system is a system for measuring the position of an aircraft on the ground. On the other hand, there is GPS as one of the navigation systems in which the aircraft knows its own position.
[0005]
GPS is a system that measures its own accurate three-dimensional position with reference to a constellation of satellites arranged to cover the entire earth, and its accuracy is generally about 100 m or less, which is better than radar systems. It is. In order to know the position by GPS, the aircraft needs to be equipped with a GPS receiver that receives a coded signal radio wave from a satellite and performs positioning calculation processing. Due to its high accuracy, a system that transmits positioning values acquired by an on-board GPS receiver to the ground via a communication medium such as a communication satellite and uses it for air traffic control is expected in the future. At present, however, not all aircraft are compatible with GPS due to the cost of onboard equipment.
[0006]
Conventionally, radar system coordinates, which are two-dimensional coordinates of distance and azimuth measured by radar, and world standard coordinates, which are positioning values obtained by GPS, have not been displayed on the same screen.
[0007]
FIG. 9 is a view for explaining a display example of a radar coordinate display device by a conventional radar system for air traffic control and a world standard coordinate display device by GPS. FIG. 9A shows an aircraft to be displayed vertically on the ground. FIG. 9B is a diagram showing an aircraft arrangement projected on a simple surface, and the arrangement of the radar system coordinate display device (hereinafter referred to as a radar coordinate system screen) is shown in FIG. The image is displayed as shown in FIG. 9C on the screen of the coordinate display device (hereinafter, referred to as a world standard coordinate system screen). In the figure, aircraft 1A and 1B are aircraft compatible with both GPS and SSR. The
(i) radar measurement coordinates (distance r and bearing φ to the radar station);
(ii) SSR aircraft identification code and altitude h,
(iii) three-dimensional world standard coordinates measured by radio waves from the GPS satellites 3;
The following three types of information are obtained. Here, the information of (iii) is transmitted to the radar station via a communication medium such as a communication satellite, a VHF data link, and SSR mode S. Since the aircraft 1B has an obstacle between itself and the
[0008]
As shown in FIG. 9B, the radar images of the aircrafts 1A, 1C, and 1D are displayed on the radar coordinate system screen of the
[0009]
Also, as shown in FIG. 9C, the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional radar system for air traffic control, since a highly accurate positioning value measured by GPS is not used, there has been a problem that positioning accuracy beyond that defined by radar technology cannot be obtained. There was also a problem that aircraft in blind areas such as San'in, where radar radio waves could not reach, could not be located and displayed.
[0011]
On the other hand, the position display of an aircraft using world standard coordinates using GPS can display with higher accuracy than radar, but lacks practicality as an air traffic control system under the current situation where the rate of correspondence of aircraft to GPS is low. There was a problem.
[0012]
In order to solve the above problem, even if positioning values obtained from both the radar system and the GPS system are displayed on the same screen, the radar system and the GPS system are originally different systems based on different principles. Therefore, universality is not guaranteed in the interchangeable use of the positioning values of the two systems, and the positioning values of the two systems cannot be simply confused.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to accurately utilize both positioning values of a radar system and a GPS for an air traffic control with excellent aircraft position display accuracy. An object of the present invention is to provide a radar system.
[0014]
A second object is to provide an air traffic control radar system capable of displaying the position of an aircraft in a blind area.
[0015]
A third object is to provide an air traffic control radar system with improved aircraft tracking processing accuracy.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an air traffic control radar system having means for emitting radar radio waves from a radar station and measuring two-dimensional radar system coordinates of the distance and direction of the aircraft in flight. A reflector station with a reflector and a GPS receiver, which reflect light from a GPS-capable aircraft equipped with a GPS receiver, as reported by the GPS receiver, and the global standard coordinates of the aircraft as measured by the GPS receiver. And the world standard coordinates of the GPS-compatible aircraft are converted into the converted radar system coordinates in the radar coordinate system. In the conversion, any one of the longitude and latitude of the world standard coordinates before conversion and the converted radar system coordinates is used. Either of them is corrected using the difference between the world standard coordinates measured by the GPS receiver provided in the reflection station and the radar measurement coordinates of the reflection station.
[0017]
In
[0018]
According to the third aspect, the tracking processing of the GPS-compatible aircraft includes the conversion radar system coordinates corrected by using a difference between the world standard coordinates measured by the GPS receiver provided in the reflection station and the radar measurement coordinates of the reflection station. , And is performed by comparing with the radar measurement coordinates.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an air traffic control radar system having means for emitting radar radio waves from a radar station and measuring two-dimensional radar system coordinates of the distance and direction of the aircraft in flight. A reflector station with a reflecting reflector and a GPS receiver, the radar station reporting the global standard coordinates of the aircraft measured by the GPS receiver as reported by the GPS-enabled aircraft with the GPS receiver; Receiving means, and a global standard coordinate display device for displaying the position of the GPS-compatible aircraft based on the global standard coordinates consisting of altitude and longitude and latitude, wherein the radar measurement coordinates of the SSR-compatible aircraft equipped with the secondary surveillance radar transponder are The altitude reported by the secondary surveillance radar transponder is used to convert the data into a coordinate longitude and latitude in the world standard coordinate system. Either the previous radar measurement coordinate or the transformed longitude and latitude is corrected using the difference between the world standard coordinate measured by the GPS receiver provided in the reflection station and the radar measurement coordinate of the reflection station, and the SSR-compatible aircraft is corrected. Is displayed on the world standard coordinate display device by the transformed longitude and latitude.
[0020]
[Action]
In
[0021]
According to the second aspect, the GPS-compatible aircraft displays the radar system coordinates by using the converted radar system coordinates corrected using the difference between the world standard coordinates measured by the GPS receiver provided in the reflection station and the radar measurement coordinates of the reflection station. The position is displayed on the device, and the GPS non-compliant aircraft is displayed on the radar coordinate display device using the radar measurement coordinates.
[0022]
According to the third aspect, the tracking processing of the GPS-compatible aircraft includes the conversion radar system coordinates corrected by using a difference between the world standard coordinates measured by the GPS receiver provided in the reflection station and the radar measurement coordinates of the reflection station. , And the radar measurement coordinates.
[0023]
According to claim 4, when the radar measurement coordinates of the SSR-compatible aircraft equipped with the secondary surveillance radar transponder are converted into the transformation latitude and longitude in the world standard coordinate system using the altitude reported by the secondary surveillance radar transponder. One of the radar measurement coordinates and the conversion latitude and longitude before the conversion of the aircraft is corrected using the difference between the world standard coordinates measured by the GPS receiver provided in the reflection station and the radar measurement coordinates of the reflection station. , The SSR-compatible aircraft is displayed on the world standard coordinate display device in the converted longitude and latitude.
[0024]
【Example】
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0025]
[Example 1]
FIG. 1 is a diagram illustrating a display example of a radar coordinate system screen and a world standard coordinate system screen by the air traffic control radar system of the present invention. FIG. 1A is a diagram showing an aircraft arrangement by projecting an aircraft to be displayed on a plane perpendicular to the surface of the earth. FIG. 1B shows a radar coordinate system screen, and FIG. On the coordinate system screen, it is displayed as shown in FIG. In FIG. 1A, a reflector 7 and a
[0026]
1B, a radar system for air traffic control according to a first embodiment of the present invention, which converts world standard coordinates of a GPS-compatible aircraft into radar coordinates and superimposes them on a radar coordinate screen. Will be described. The aircrafts 1C and 1D are displayed on the radar coordinate system screen at the
[0027]
Since the correction in the coordinate conversion is performed in a direction to match the positioning value by the high-accuracy GPS with the radar positioning value with lower accuracy, the accuracy of the distance of the GPS-enabled aircraft to the radar station is not improved, The accuracy of the relative distance to all other aircraft (GPS-enabled aircraft and non-GPS-enabled aircraft) displayed on the radar coordinate system screen is improved. Also, the aircraft 1B, which is located in the blind area and has not been displayed on the conventional radar coordinate system screen, is displayed so as to be superimposed on the screen.
[0028]
The conversion method will be described in detail.
[0029]
First, the notation used below will be described. [Position P] and <Position P> represent the world standard coordinates and the radar system coordinates of the object P, respectively. For simplicity of explanation, if it is assumed that the earth is sufficiently large for the range of radar measurement and its curvature can be neglected, an orthogonal coordinate system can be taken with the origin of the radar station. Two axes horizontal to the ground surface of this orthogonal coordinate system, which are used in place of the longitude and latitude coordinates of the world standard coordinates, are defined as x-axis and y-axis, and the height direction is defined as z-axis. The x, y, and z components of the positioning value in the orthogonal coordinate system are represented by subscripts x, y, and h, respectively. The position of the object P is displayed on the world standard coordinate system screen using [Position Px] and [Position Py]. <Position P> is represented by an azimuth angle φ and a distance r. If the azimuth angle is measured from the positive direction of the x-axis to the positive direction of the y-axis, the object P is displayed on the radar coordinate system screen.
<Position P η> = rcos φ ... (1)
<Position Pξ> = rsin φ ……… (2)
Are displayed using <Position P η> and <Position P ξ> defined by. In order to simplify the description, if the radar antenna, the reflector, and the GPS receiver are installed at almost the same height in the world standard coordinate system, the correction information
[Correction amount x] = [positioning value 10x]-<positioning value 9 η> ... (3)
[Correction amount y] = [Positioning value 10y]-<Positioning value 9ξ> ... (4)
Can be defined as (If the altitude of the radar antenna is different from that of the reflector, it is possible to take measures such as supplementing information on the height direction (elevation angle direction) of the reflector 7 with the altitude [positioning value 10h] of the GPS receiver.
Next, conversion of world standard coordinates [positioning value (5A)] measured by the GPS of the GPS-compatible aircraft 1A will be described as an example. First, correction in the horizontal direction is performed by the following equation.
[0030]
[Correction position (12A) x] = [Positioning value (5A) x]-[Correction amount x] ... (5)
[Correction position (12A) y] = [Positioning value (5A) y]-[Correction amount y] ... (6)
Subsequently, the following formula is used to convert the [correction position (12A)] into the corresponding radar system coordinates <conversion radar system coordinates (11A)>.
[0031]
(Equation 1)
(Equation 2)
By this conversion, the world standard coordinates [Positioning value (5A)] are distance from the radar station in the direction of [Correction position (12A)] ([Correction position (12A) x] 2 + [Correction position (12A) y] 2 ) The coordinates are converted to radar system coordinates <conversion radar system coordinates (11A)> having 1/2 . The GPS-compatible aircraft 1A is displayed on the radar coordinate system screen based on the radar coordinates.
[0032]
The order of the correction calculation and the conversion calculation to the radar system coordinates may be reversed.
[0033]
[Example 2]
Referring to FIG. 1C, radar system coordinates of an SSR-compatible and GPS-non-compliant aircraft, which is a second embodiment of the present invention, are converted into world standard coordinates and are superimposed and displayed on a world standard coordinate system screen. An air traffic control radar system will be described. On the world standard coordinate system screen, the GPS aircrafts 1A and 1B are displayed at the
[0034]
The conversion from the radar measurement coordinates <positioning value (4C)> of the aircraft 1C to the world standard coordinates [converted world standard coordinates (13C)] will be specifically described as an example. When the world standard coordinate system is expressed by the rectangular coordinates, the longitude and latitude of the world standard coordinate system are associated with the x component and the y component of the rectangular coordinates. First, <Positioning value (4C)> is converted into [Position before correction (14C)] using the altitude [Positioning value Ch] of aircraft 1C obtained by SSR in the following equation.
[0035]
[Equation 3]
(Equation 4)
Next, the following correction is performed using the correction information defined in the first embodiment so as to suppress the deviation between the radar system and the GPS system.
[0036]
[Converted world standard coordinates (13C) x] = [Position before correction (14C) x] + [Correction amount x] ……… (11)
[Transformed world standard coordinates (13C) y] = [Position before correction (14C) y] + [Correction amount y] ……… (12)
The GPS non-compliant aircraft 1C is displayed on the world standard coordinate system screen by the world standard coordinates.
[0037]
The order of the correction calculation and the conversion calculation to the radar system coordinates may be reversed.
[0038]
[Example 3]
FIG. 2 is a block diagram of a display device of an air traffic control radar system according to a third embodiment of the present invention. The
[0039]
FIG. 3 to FIG. 8 are processing flowcharts in each processing mode.
[0040]
FIG. 3 shows a mode in which an aircraft is displayed on a display in radar system coordinates using only radar positioning values. That is, at this time, the display functions as a radar coordinate system screen. The
[0041]
FIG. 4 shows a mode in which the aircraft position obtained from the GPS positioning value is displayed on the radar coordinate system screen together with other aircraft positions based on the radar positioning value. The radar system coordinate
[0042]
FIG. 5 shows a radar coordinate system screen display mode in which both the radar positioning value and the GPS positioning value are used for separating and identifying a plurality of target devices in the tracking /
[0043]
FIG. 6 shows a mode in which an aircraft is displayed on a display in world standard coordinates using only GPS positioning values. That is, at this time, the display functions as a world standard coordinate system screen. The tracking /
[0044]
FIG. 7 shows a mode in which an aircraft position obtained from radar positioning values is displayed on the world standard coordinate system screen together with other aircraft positions based on GPS positioning values. The world standard coordinate
[0045]
FIG. 8 shows a world standard coordinate system screen display mode for improving accuracy and reliability by using both radar positioning values and GPS positioning values for separating and identifying a plurality of target devices in the tracking /
[0046]
The system described above as an air traffic control system can be applied not only to aircraft but also to ships, automobiles, and the like that move in a certain range.
[0047]
【The invention's effect】
According to the radar system for air traffic control of the first aspect of the present invention, there is an effect that the GPS positioning value is accurately converted into the radar system coordinates.
[0048]
According to the radar system for air traffic control according to the second aspect of the present invention, the GPS-compatible aircraft is accurately superimposed and displayed on the radar-based coordinate display device on which the aircraft is displayed by the radar measurement coordinates, and the GPS-compatible aircraft and the radar coordinate system are displayed. The effect of improving the accuracy of the relative distance to all other aircraft displayed on the screen and the effect of being displayed on the radar coordinate system screen if the aircraft is located in the radar blind area and is a GPS-compatible aircraft. is there.
[0049]
According to the radar system for air traffic control of claim 3 of the present invention, the tracking processing accuracy for a GPS-compatible aircraft is determined by the difference between the world standard coordinates measured by the GPS receiver provided in the reflection station and the radar measurement coordinates of the reflection station. There is an effect of improving by comparing the converted radar system coordinates corrected by using with the radar measurement coordinates.
[0050]
According to the radar system for air traffic control of the fourth aspect of the present invention, the SSR-compatible aircraft among the non-GPS-compatible aircraft is accurately superimposed and displayed on the world standard coordinate display device on which the aircraft is displayed by the high-precision GPS measurement coordinates. Thus, there is an effect that the display target aircraft is complemented.
[0051]
As described above, according to the present invention, there is an effect that the accuracy of aircraft position management of the air traffic control radar system is improved and contributes to the safety of today's developed air traffic.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating the configuration of an air traffic control radar system according to the present invention and its radar coordinate system screen and world standard coordinate system screen.
FIG. 2 is a block diagram of a display device of an air traffic control radar system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a processing flowchart of a display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a processing flowchart of a display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a processing flowchart of a display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a processing flowchart of a display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a processing flowchart of a display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a processing flowchart of a display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view illustrating a display example of a radar coordinate display device using a conventional air traffic control radar system and a world standard coordinate display device using GPS.
[Explanation of symbols]
1A, 1B, 1C, 1D aircraft, 2 radar stations, 3 GPS satellites, 4A, 4C, 4D radar measurement coordinates of aircraft, 5A, 5B GPS global standard coordinates of aircraft, 6 reflectors, 7 reflectors, 9 reflectors Radar measurement coordinates, 10 reflection world GPS standard coordinates, 11A, 11B aircraft converted radar system coordinates, 13C aircraft conversion world standard coordinates, 20 data processing unit, 31 tracking / correlation processing, 32 radar system coordinate processing , 34 World standard coordinate processing.
Claims (4)
反射局を有し、
反射局は、
レーダ局からのレーダ電波を反射するリフレクターと、
GPS受信機と、
を有し、
レーダ局は、
GPS受信機を備えたGPS対応航空機から通報される、該GPS受信機により測定された該航空機の世界標準座標を受信する手段を有し、
GPS対応航空機の世界標準座標がレーダ座標系での変換レーダ系座標に変換され、
該変換においては変換前の世界標準座標の経緯度と変換レーダ系座標とのいずれか一方が、反射局の有するGPS受信機により測定された世界標準座標と、反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正されること、
を特徴とする航空管制用レーダシステム。An air traffic control radar system having means for emitting radar radio waves from a radar station and measuring two-dimensional radar system coordinates of the distance and direction of the aircraft in flight,
Has a reflection station,
The reflection station is
A reflector that reflects radar waves from radar stations,
A GPS receiver,
Has,
Radar stations
Means for receiving, from a GPS-enabled aircraft equipped with a GPS receiver, world standard coordinates of the aircraft measured by the GPS receiver,
The world standard coordinates of the GPS-enabled aircraft are converted to radar coordinates in the radar coordinate system,
In the conversion, one of the longitude and latitude of the world standard coordinates before the conversion and the converted radar system coordinates is the difference between the world standard coordinates measured by the GPS receiver of the reflection station and the radar measurement coordinates of the reflection station. Is corrected using
A radar system for air traffic control.
レーダ局は、レーダにより測定されたレーダ測定座標を位置表示するレーダ系座標表示装置を有し、
GPS対応航空機は、変換レーダ系座標によってレーダ系座標表示装置に位置表示され、
GPS非対応航空機は、レーダ測定座標によってレーダ系座標表示装置に位置表示されること、
を特徴とする航空管制用レーダシステム。In claim 1,
The radar station has a radar system coordinate display device that displays the position of the radar measurement coordinates measured by the radar,
The GPS-compatible aircraft is displayed on the radar coordinate display device using the converted radar coordinate,
GPS non-compliant aircraft are displayed on the radar coordinate display device by radar measurement coordinates,
A radar system for air traffic control.
GPS対応航空機の、変換レーダ系座標とレーダ測定座標とを照合して、該航空機の追尾処理を行うこと、
を特徴とする航空管制用レーダシステム。In claim 1,
Collating the converted radar system coordinates and the radar measurement coordinates of the GPS-compatible aircraft, and performing tracking processing of the aircraft;
A radar system for air traffic control.
反射局を有し、
反射局は、
レーダ局からのレーダ電波を反射するリフレクターと、
GPS受信機と、
を有し、
レーダ局は、
GPS受信機を備えたGPS対応航空機から通報される、該GPS受信機により測定された該航空機の世界標準座標を受信する手段と、
高度と経緯度とからなる該世界標準座標によりGPS対応航空機を位置表示する世界標準座標表示装置と、
を有し、
レーダにより測定した、2次監視レーダトランスポンダを備えたSSR対応航空機のレーダ測定座標が、2次監視レーダトランスポンダにより通報される高度を用いて世界標準座標系での変換経緯度に変換され、
該変換においては航空機の変換前のレーダ測定座標と変換経緯度とのいずれか一方が、反射局の有するGPS受信機により測定された世界標準座標と、反射局のレーダ測定座標との差異を用いて補正され、
SSR対応航空機が、変換経緯度によって世界標準座標表示装置に位置表示されること、
を特徴とする航空管制用レーダシステム。An air traffic control radar system having means for emitting radar radio waves from a radar station and measuring two-dimensional radar system coordinates of the distance and direction of the aircraft in flight,
Has a reflection station,
The reflection station is
A reflector that reflects radar waves from radar stations,
A GPS receiver,
Has,
Radar stations
Means for receiving, from a GPS-enabled aircraft equipped with a GPS receiver, world standard coordinates of the aircraft measured by the GPS receiver;
A world standard coordinate display device for displaying the position of a GPS-compatible aircraft using the world standard coordinates consisting of altitude and longitude and latitude;
Has,
The radar measurement coordinates of the SSR-enabled aircraft equipped with the secondary surveillance radar transponder, measured by radar, are converted to a coordinate system in the world standard coordinate system using the altitude reported by the secondary surveillance radar transponder,
In the conversion, one of the radar measurement coordinates before the conversion of the aircraft and the conversion latitude and longitude uses the difference between the world standard coordinates measured by the GPS receiver of the reflection station and the radar measurement coordinates of the reflection station. Corrected
That the SSR-compatible aircraft is displayed on the world standard coordinate display device in the transformed longitude and latitude;
A radar system for air traffic control.
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