JP4253291B2 - 二次監視レーダシステムとその地上装置 - Google Patents

Description

本発明は、機上装置および地上装置を備える二次監視レーダシステムに関する。機上装置は航空機に搭載される装置であり、例えばモードＳトランスポンダ、またはＡＴＣＲＢＳトランスポンダである。地上装置は機上装置に質問信号を送出し、これに対する応答信号をもとに航空管制を行う。

二次監視レーダシステム（Secondary Surveillance Radar：ＳＳＲ）は、航空機に質問信号を送信する地上装置と、質問信号に対して応答信号を返送する機上装置とを備える。ＡＴＣＲＢＳ（Air Traffic Control Radar Beacon System）トランスポンダが、機上装置として従来から用いられている。これに加えて最近では、モードＳトランスポンダ（ＳＳＲモードＳ）を搭載する航空機が増えてきている。モードＳトランスポンダは、応答信号に様々な情報を含ませる機能を持つ。この機能により、より多くの情報を地上装置に通知することができる。ＡＴＣＲＢＳトランスポンダとモードＳトランスポンダとの双方を地上装置において捕捉するために、それぞれ固有の処理がある。

二次監視レーダシステムにおける質問信号の送信期間は、レーダのスイープ期間ごとに、オールコール期間とロールコール期間とに分けられている。オールコール期間は、モードＳトランスポンダとＡＴＣＲＢＳトランスポンダとを捕捉するための期間である。特にＳＳＲモードＳでは、オールコール期間においてモードＳトランスポンダに対してはモードＳ専用オールコール質問信号が送信され、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダに対してはモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号が送信される。

しかしながら既存のシステムにおいては、現実に存在しているにも拘わらず、地上装置において捕捉されないトランスポンダが生じることがある。その理由を次に説明する。
まず、モードＳ専用オールコール質問が送信されると、モードＳトランスポンダはこの質問を受信したのち応答信号を送信元の地上装置に返送する。その際、規定によれば、モードＳトランスポンダは受信した質問信号に含まれるサイトＩＤ（地上装置の識別子）を応答信号のＰＩフィールドにセットするようになっている。このとき、ＰＩフィールドの値を“０”とした応答を返送するトランスポンダが生じることがある。地上装置から見れば、この応答信号に示されるＩＤは自装置のＩＤと異なるように見えるため、処理対象から除外する。従ってこの応答信号を返信したトランスポンダは捕捉されず、航空機が存在するにも拘わらず認識できないという重大な支障が生じる。

次に、モードＡ／Ｃ専用オールコール質問が送信されると、本来であればＡＴＣＲＢＳトランスポンダからの応答信号が地上装置に返信される。しかしながら、Ｐ４パルスを誤って認識してしまうトランスポンダが存在する。この場合には応答信号が返信されないためにＡＴＣＲＢＳトランスポンダが捕捉されず、同様に認識されない航空機を生じる。さらに、モードＳ専用オールコール質問を誤認識して誤応答を返信するトランスポンダもあり、同じように深刻な事態を招く。
なお、関連する技術が下記非特許文献１に開示される。この文献には二次監視レーダに関する詳細が記載されている。
吉田 孝 著 "改訂 レーダ技術"、電子情報通信学会（1996）、pp.227-233

以上述べたように既存の二次監視レーダシステムにおいては、捕捉されないトランスポンダを生じる場合がある。このことは航空監視に重大な支障をきたすため、何らかの改善策が望まれている。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、トランスポンダを確実に捕捉できるようにし、これにより航空機の安全運行への寄与を高め得る二次監視レーダシステムとその地上装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視する地上装置を備える二次監視レーダシステムにおいて、前記地上装置は、自装置の識別コードを含むモードＳ専用オールコール質問信号を前記監視空域に送信する送信手段と、この送信手段により送信された質問信号に対する応答信号を受信する受信手段と、この受信手段により受信された応答信号に含まれる識別情報が自装置の識別コードに一致する場合に、当該応答信号を処理対象として認識する認識手段とを具備し、この認識手段は、前記受信手段により受信された応答信号に含まれる識別情報が数値コード“０”に一致する場合にも、当該応答信号を処理対象として認識することを特徴とする二次監視レーダシステムが提供される。

このような手段を講じることにより、地上装置のサイトＩＤとオールコール応答のＰＩフィールドの値が一致する条件に加えて、ＰＩフィールドの値が“０”と一致する条件の応答信号も処理の対象として取り扱われる。これによりＰＩフィールドの値が“０”の不良トランスポンダを検出することが可能になる。

本発明によれば、トランスポンダを確実に捕捉できるようになり、これにより航空機の安全運行への寄与を高め得る二次監視レーダシステムとその地上装置を提供することができる。

図１は、本発明に係わる二次監視レーダシステムの一実施形態を示すシステム図である。このシステムはいわゆるＳＳＲモードＳであり、航空機に搭載される機上装置１と、地上に設置され航空機を捕捉する地上装置４とを備える。機上装置１はモードＳトランスポンダまたはＡＴＣＲＢＳトランスポンダであり、本実施形態では、モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが、機上装置１の監視空域内に航空機が混在する場合を想定する。

地上装置４は、アンテナ３を介して監視空域に質問信号を送信し応答信号を受信する送受信機４ａと、質問信号を生成し応答信号から航空機ごとのターゲットレポートを取得して出力する信号処理部４ｂとを備える。質問信号には、モードＳ専用オールコール質問信号と、モードＳ専用ロールコール質問信号と、モードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号とが含まれる。
機上装置は、質問信号を受信して応答信号を返信する送受信機１ａと、受信された質問信号に対する応答信号を生成する信号処理部１ｂとを備える。

図２は、図１の地上装置４をより詳細に示す機能ブロック図である。図２において、送信制御部４３は地上装置４のサイトＩＤ（すなわち識別コード）を含む質問信号を生成し、送信機４ａ１を制御して送信タイミングをコントロールしつつ質問信号を送出する。質問信号はサーキュレータ４１およびアンテナ３を介して監視空域に送信される。

一方、応答信号はアンテナ３からサーキュレータ４１を介して受信機４ａ２に入力され、受信復調される。受信された応答信号は、受信タイムスロットに応じてモードＳ応答処理部４６およびＡＴＣＲＢＳ応答処理部４７のいずれかに入力され、各応答信号に対するスイープ単位の応答データが生成される。各応答データは監視処理部４５に与えられる。監視処理部４５は、送信制御部４３により生成される質問信号の送信チャネルをチャネル管理部４４を制御して切り替える。

送信制御部４３は、モードＳ専用オールコール質問信号の送信完了時点からこれに続くモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号の送信開始時点までの時間間隔を、ランダムに可変させる。好ましくは、この時間間隔を、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダのリカバリー時間より大きくするようにする。

ところで、監視処理部４５は、認識処理部４５ａと切替処理部４５ｂとを備える。認識処理部４５ａは、受信機４ａ２により受信された応答信号に含まれる識別情報が地上装置４のサイトＩＤに一致する場合に、この応答信号を処理対象として認識する。また認識処理部４５ａは、受信機４ａ２により受信された応答信号に含まれる識別情報がヌル情報、すなわち数値コード“０”に一致する場合においても、この応答信号を処理対象として認識する。ヌル情報とは、数値コード“０”に対応する情報である。

切替処理部４５ｂは、認識処理部４５ａの機能を２つの状態に選択的に切り替える。すなわち切替処理部４５ｂは、認識処理部４５ａが数値コード“０”を記述された応答信号を認識する機能の有効／禁止（オン／オフ）を選択的に切り替えるための処理を行う。この選択指定は、例えばＧＵＩ（Graphical User Interface）を介したユーザのコマンド投入により実現される。

図３は、図２の地上装置４により実施される処理手順を示す図である。図３において、受信されたモードＳオールコール応答（ＤＦ＝１１）に対してＡＰフィールドまたはＰＩフィールドのデコード処理が実施される（ステップＳ１）。このうちＰＩフィールドのデータに対してエラー判定処理が実施される（ステップＳ２）。ステップＳ２では、オールコール処理時においてはＰＩフィールドのデータとサイトＩＤ（地上装置４の識別情報）とが比較される。また本実施形態においては、特に、ＰＩフィールドのデータとヌル情報（すなわち数値コード“０”）との比較が実施される。この比較の結果に対して論理和条件が成立する場合、つまりＰＩフィールドの値とサイトＩＤとが一致したか、または、ＰＩフィールドの値と“０”とが一致した場合には相関処理において処理対象として捕捉される（ステップＳ３）。

一方、ステップＳ２において論理和条件が成立しなければ、ＣＲＣ符号などによるエラー訂正処理ののち（ステップＳ４）、再度エラー判定処理が実施される（ステップＳ５）。この段階においても一致しなければ、この応答信号は処理対象外として破棄される。なおステップＳ２およびステップＳ５において、ＰＩフィールドの値と“０”との比較を実施するか否かは、切替処理部４５ｂ（図２）により、運用状態に応じて選択的に切り替え設定することができる。

図３の手順においては、エラー判定処理においてＰＩフィールドの値とサイトＩＤの比較に加えて、ＰＩフィールドの値と“０”との比較を行う。そして、ＰＩフィールドの値がサイトＩＤまたは“０”のいずれかと一致した場合には、対応する応答信号を処理対象とする。その際、サイトＩＤまたは“０”のいずれと一致したかを区別するための分別情報を、応答信号に付加するようにする。これは、認識処理部４５ａ（図２）により実施される。その結果、ＰＩフィールドの値が０”の不良応答、スキッタ応答、自質問に対する正常応答を処理対象とすることができる。

これにより不必要なスキッタ応答も処理対象として扱われることになるが、これは後段の相関処理によって破棄され、ＰＩフィールドの値が“０”の不良応答、自質問に対する正常応答の本来処理すべき応答のみを捕捉することが可能になる。また、分別情報の付加により、後段の処理にてこの情報を利用することができる。
さらに図３の手順においては、ＰＩフィールドの値と“０”との比較処理を、選択的に禁止することができる。これによりモードＡ／Ｃ質問を使用している場合には、ＡＴＣＲＢＳ応答として捕捉できるようにもなり、質問に応じた捕捉が可能となる。

図４は、比較のため既存の二次監視レーダシステムにより実施される処理手順を示す図である。従来ではエラー判定処理手順において、オールコール処理時にはＰＩフィールドの値とサイトＩＤとの比較しかなされない。よって、モードＳ専用オールコールに対するＰＩフィールドの値が“０”の不良応答は、サイトＩＤとＰＩフィールドの値とが一致しないために、エラー訂正処理（ステップＳ４）にまわされる。その結果、再度のエラー判定処理（ステップＳ５）において不一致となり破棄され、従ってこの応答は捕捉されないことになる。これは、フルーツ応答、エラー応答、スキッタ応答および、ＡＣＡＳ応答が破棄されるのと同様である。

図５は、図１、図２のシステムでのオールコール期間における質問方式を示す模式図である。本実施形態では図５に示すように、各オールコール期間ごとに質問するパターンを変化させるようにする。すなわち、モードＳ専用オールコール質問（応答確率１：ＰＲ＝０とする）とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問（モードＡ専用オールコール質問、またはモードＣ専用オールコール質問）とを組み合わせたパターン（パターン（１）とする）と、モードＡ／Ｃ専用オールコール質問のみのパターン（パターン（２）とする）とを、ランダムに送出する（スタガ）ようにする。さらに、パターン（１）においては、モードＳ専用オールコール質問（応答確率１：ＰＲ＝０）とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問との送信間隔をランダムに変化させるようにする。図５においては、Ｔ＋Δｔ１，Ｔ＋Δｔ２というように送信間隔を変化させる。

モードＳ専用オールコール質問においては、他の質問パターンを併用することによりモードＳトランスポンダの応答数が低減することになる。このため、常にモードＳトランスポンダに対して応答確率１の質問を使用するようにする。ここで、モードＳトランスポンダ同士が重なった場合が問題になる。これに対処するため、ロールコール期間内にモードＳ専用オールコール質問を送信し、ここでトランスポンダに対する応答確率を変更することにより、重なったモードＳトランスポンダを捕捉できるようにする。これによりモードＳ専用オールコール質問に対する応答数の更なる低減を押さえることが可能となっている。

図６は、図１、図２のシステムでのロールコール期間における質問方式を示す模式図である。図示するように、オールコール期間において複数の応答信号が重なることがある（例えばモードＳアドレスが（８６１１１１）および（Ａ０７７７７））。そこでロールコール期間においてモードＳ専用オールコール質問を送信することにより、モードＳアドレスが（Ａ０７７７７）の応答信号を確率捕捉で分離することができる。

図７は、本実施形態における質問信号と応答信号との関係を示す図である。図示するように、モードＳ専用オールコール質問に対してＰＩフィールドの値を“０”とした応答信号を返す不良モードＳトランスポンダは、モードＡ／Ｃ質問（パターン（２））に対して応答する。よってこの応答を、ＡＴＣＲＢＳ応答として捕捉することができるようになる（図７のＺ応答）。同様に、モードＡ／Ｃ専用オールコール質問に応答しない不良ＡＴＣＲＢＳトランスポンダは、モードＡ／Ｃ質問（パターン（２））に対して応答する。よってこの応答も捕捉できるようになる（図７のＢ応答）。

さらに、モードＳ専用オールコール質問を誤認識する不良ＡＴＣＲＢＳトランスポンダの誤応答は、モードＳ専用オールコール（ＰＲ＝１）＋モードＡ／Ｃ専用オールコール質問（パターン（１））のＡＴＣＲＢＳ処理基準に対して、異なるレンジの値で検出される（図７のＸ応答）が、モードＡ／Ｃ専用オールコール、モードＡ／Ｃ質問に対する正常応答は一定のレンジの値で検出されることになる（図７のＡ応答）。よって後段の処理により、誤応答（図７のＸ応答）はモードＡ／Ｃ専用オールコールの質問に対する応答と認識されず、モードＡ／Ｃ専用オールコール、モードＡ／Ｃの質問に対する正常応答のみが捕捉されることになる。

次に、図８〜図１０を参照して、本実施形態により得られる効果を既存の技術と比較しつつ説明する。
図８は、比較のため既存の二次監視レーダシステムにおける質問信号と応答信号との関係を示す図である。既存のシステムでは同じパターン（パターン（１）に相当）の質問信号を、オールコール期間ごとに一定間隔で送信するようにしていた。これを詳しく図示すると、図９に示すように、モードＳ専用オールコール質問信号と、モードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号との送信間隔が一定であることに相当する。この状態でＰ２パルスによるモードＳ専用オールコール質問の抑圧が失敗すると、不良トランスポンダを搭載する航空機が捕捉されないか、または誤応答が検出されてしまうことがある。

図１０は、既存の二次監視レーダシステムにおける不具合を説明するための図である。図示するように、Ｐ４パルスを含むモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号が送出された場合、一部のトランスポンダが応答信号を返さない場合がある。このトランスポンダは捕捉されないために、航空管制に支障をきたす虞がある。

これに対し本実施形態では、まず、エラー判定処理においてＰＩフィールドの値とサイトＩＤの比較に加え、ＰＩフィールドの値と“０”との比較を行うようにしている。また、サイトＩＤまたは“０”のいずれと一致したかを区別するための分別情報を、応答信号に付加するようにしている。これにより、モードＳ専用オールコール質問に対してＰＩフィールドの値が“０”で応答する不良モードＳトランスポンダを捕捉することが可能になる。

また本実施形態では、切り替え設定により、エラー判定処理においてＰＩフィールドの値と“０”との比較を行わないようにすることもできる。これによりＰＩフィールドの値が“０”の応答は、通常の様にエラー応答として扱い、モードＡ／Ｃ質問を組み合わせた場合、ＡＴＣＲＢＳ応答として捕捉することも可能になる。

また本実施形態では、モードＡ／Ｃ専用オールコール質問に応答しないＡＴＣＲＢＳトランスポンダに対して、従来形式のモードＡ／Ｃ質問を組み合わせた質問信号を送出するようにしている。これにより従来では捕捉できなかったトランスポンダをも捕捉することが可能になる。

さらに本実施形態では、モードＳ専用オールコール質問（応答確率１：ＰＲ＝０）とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問との送信間隔をランダムに変化させるようにしているので、モードＳ専用オールコールに対する、ＡＴＣＲＢＳトランスポンダの誤応答を除去する事ができる。これらのことから、トランスポンダを確実に捕捉できるようになり、航空機の安全運行への寄与を高め得る二次監視レーダシステムとその地上装置を提供することが可能となる。

なお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。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。

本発明に係わる二次監視レーダシステムの一実施形態を示すシステム図。 図１の地上装置４をより詳細に示す機能ブロック図。 図２の地上装置４により実施される処理手順を示す図。 比較のため既存の二次監視レーダシステムにより実施される処理手順を示す図。 本発明に係わる二次監視レーダシステムのオールコール期間における質問方式を示す模式図。 本発明に係わる二次監視レーダシステムのロールコール期間における質問方式を示す模式図。 本発明の実施の形態における質問信号と応答信号との関係を示す図。 比較のため既存の二次監視レーダシステムにおける質問信号と応答信号との関係を示す図。 図８に示す質問信号と応答信号との関係をさらに詳細に示す図。 既存の二次監視レーダシステムにおける不具合を説明するための図。

符号の説明

１…機上装置、１ａ…送受信機、１ｂ…信号処理部、３…アンテナ、４…地上装置、４ａ…送受信機、４ｂ…信号処理部、４ａ１…送信機、４ａ２…受信機、４１…サーキュレータ、４３…送信制御部、４４…チャネル管理部、４５…監視処理部、４５ａ…認識処理部、４５ｂ…切替処理部、４６…モードＳ応答処理部、４７…ＡＴＣＲＢＳ応答処理部

Claims (12)

1. モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視する地上装置を備える二次監視レーダシステムにおいて、
   前記地上装置は、
   自装置の識別コードを含むモードＳ専用オールコール質問信号を前記監視空域に送信する送信手段と、
   この送信手段により送信された質問信号に対する応答信号を受信する受信手段と、
   この受信手段により受信された応答信号に含まれる識別情報が自装置の識別コードに一致する場合に、当該応答信号を処理対象として認識する認識手段とを具備し、
   この認識手段は、前記受信手段により受信された応答信号に含まれる識別情報が数値コード“０”に一致する場合にも、当該応答信号を処理対象として認識することを特徴とする二次監視レーダシステム。
2. 前記識別情報は、オールコール応答のＰＩフィールドの値であることを特徴とする請求項１に記載の二次監視レーダシステム。
3. 前記認識手段は、前記識別情報が自装置の識別コードに一致する応答信号と、当該識別情報が数値コード“０”に一致する応答信号とに、それぞれ区別可能な分別情報を付与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システム。
4. さらに、前記認識手段による、数値コード“０”を記述された応答信号を認識する機能の有効／禁止を選択的に切り替える切り替え手段を具備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システム。
5. モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視する地上装置を備える二次監視レーダシステムにおいて、
   前記地上装置は、
   自装置の識別コードを含む質問信号を前記監視空域に送信する送信手段と、
   この送信手段により送信された質問信号に対する応答信号を受信する受信手段とを具備し、
   前記送信手段は、モードＡ専用オールコール質問信号およびモードＣ専用オールコール質問信号のいずれかの質問信号とモードＳ専用オールコール質問信号とを組み合わせた第１パターンと、モードＡ専用オールコール質問信号とモードＣ専用オールコール質問信号とを組み合わせた第２パターンとを、オールコール期間ごとにランダムに送信することを特徴とする二次監視レーダシステム。
6. 前記送信手段は、前記第１パターンにおいて、モードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号との送信間隔をランダムに変化させることを特徴とする請求項５に記載の二次監視レーダシステム。
7. モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視する二次監視レーダシステムに用いられる地上装置において、
   自装置の識別コードを含むモードＳ専用オールコール質問信号を前記監視空域に送信する送信手段と、
   この送信手段により送信された質問信号に対する応答信号を受信する受信手段と、
   この受信手段により受信された応答信号に含まれる識別情報が自装置の識別コードに一致する場合に、当該応答信号を処理対象として認識する認識手段とを具備し、
   この認識手段は、前記受信手段により受信された応答信号に含まれる識別情報が数値コード“０”に一致する場合にも、当該応答信号を処理対象として認識することを特徴とする地上装置。
8. 前記識別情報は、オールコール応答のＰＩフィールドの値であることを特徴とする請求項７に記載の地上装置。
9. 前記認識手段は、前記識別情報が自装置の識別コードに一致する応答信号と、当該識別情報が数値コード“０”に一致する応答信号とに、それぞれ区別可能な分別情報を付与することを特徴とする請求項７に記載の地上装置。
10. さらに、前記認識手段による、数値コード“０”を記述された応答信号を認識する機能の有効／禁止を選択的に切り替える切り替え手段を具備することを特徴とする請求項７に記載の地上装置。
11. モードＳトランスポンダを搭載する航空機とＡＴＣＲＢＳトランスポンダを搭載する航空機とが混在し得る監視空域を監視する二次監視レーダシステムに用いられる地上装置において、
    自装置の識別コードを含む質問信号を前記監視空域に送信する送信手段と、
    この送信手段により送信された質問信号に対する応答信号を受信する受信手段とを具備し、
    前記送信手段は、モードＡ専用オールコール質問信号およびモードＣ専用オールコール質問信号のいずれかの質問信号とモードＳ専用オールコール質問信号とを組み合わせた第１パターンと、モードＡ専用オールコール質問信号とモードＣ専用オールコール質問信号とを組み合わせた第２パターンとを、オールコール期間ごとにランダムに送信することを特徴とする地上装置。
12. 前記送信手段は、前記第１パターンにおいて、モードＳ専用オールコール質問信号とモードＡ／Ｃ専用オールコール質問信号との送信間隔をランダムに変化させることを特徴とする請求項１１に記載の地上装置。

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