JP5513990B2 - 拡張スキッタ受信装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、航空機に搭載されるモードＳトランスポンダから送信された信号を受信する拡張スキッタ受信装置に関する。

航空機は、地上の監視装置によって監視されているが、ＡＤＳ−Ｂ対応のトランスポンダが搭載され、このＡＤＳ−Ｂ対応トランスポンダによって航空機間で定期的に拡張スキッタを送受信する航空機がある。一般的には、拡張スキッタは、ＡＤＳ−Ｂ対応のトランスポンダが搭載される航空機間で利用される信号であるが、航空機から送信される拡張スキッタを地上で受信して利用する拡張スキッタ受信装置もある。

拡張スキッタは航空機のトランスポンダが独自に送信するものであり、拡張スキッタ受信装置は、拡張スキッタの受信スケジュールを設定することはできず、無指向性のアンテナを利用して他の処理とは非同期で航空機のトランスポンダから送信された拡張スキッタを受信している。

一般的に、地上に設置される航空レーダ装置等が航空機と質問応答をする際には、指向性のあるアンテナを利用し、質問応答のスケジュールを設定することができるため、不要な信号処理を制限し、信号の検出効率を上げることができる。

しかしながら、拡張スキッタは地上の処理とは無関係なタイミングで航空機から送信されるものであり、拡張スキッタ受信装置では、無指向性のアンテナを利用し、非同期に拡張スキッタを受信している。このような拡張スキッタ受信装置では、ガーブル（電波干渉）の頻度が高くなることがある。また、拡張スキッタ受信装置では、受信スケジュールが存在しないことにより、近距離機等に対するレベルの抑圧処理（ＳＴＣ）を行うこともできない。

特開平９−１７１０７４号公報 特公平８−５７２６号公報

Michael C. Stevens "Secondary Surveillance Radar" 1988, ISBN 0-89006-292-7

上述したように、拡張スキッタ受信装置では、受信スケジュールが存在しないため、誤検出が発生して受信する拡張スキッタの検出性能が低下するおそれがあった。

したがって本実施形態は、誤検出による拡張スキッタの検出率の低下を防止する拡張スキッタ受信装置を提供する。

実施形態に係るスキッタ受信装置は、受信信号を特定する振幅値のデータを２値化して、２値化データとして出力する２値化処理手段と、２値化データを入力すると、当該２値化データから拡張スキッタのプリアンブルを特定する所定のパルスパターンの有無を検出する検出手段と、受信信号を特定する位相値のデータを入力すると、当該位相データから拡張スキッタのプリアンブルを構成するパルスの相関性の有無を判定する相関処理手段と、前記検出手段で所定のパルスパターンが有と判定されるとともに、前記相関処理手段で相関性が有と判定されると、２値化データをデコードして拡張スキッタとするデコード手段とを備える。

一般的な拡張スキッタ受信装置とトランスポンダを説明する概略図である。 実施形態に係る拡張スキッタ受信装置の信号処理部の構成を説明する機能ブロック図である。 図２に示す信号処理部で利用される信号について説明する図である。 一般的な拡張スキッタ受信装置について説明する図である。

以下で図面を用いて実施形態に係る拡張スキッタ受信装置について説明する。図１に示すように拡張スキッタ受信装置１は、地上局に設置されている。拡張スキッタ受信装置１は、航空機に備えられるトランスポンダ２から送信される拡張スキッタを受信して処理するため、アンテナ１０と、アンテナ１０を介して拡張スキッタ等の信号を受信する受信部１１と、受信部１１に接続され、受信した信号を処理する信号処理部１２と、信号処理部１３から拡張スキッタの受信データを入力し、航空機の監視に利用する監視処理部１３とを備えている。また、トランスポンダ２は、信号の送受信に利用するアンテナ２１と、信号の送受信を実行する送受信部２１と、送受信する信号を処理する信号処理部２２とを備えている。

拡張スキッタは、プリアンブルとデータブロックとで構成されており、プリアンブルは、４つのパルスで構成されている。各パルスのパルス幅はそれぞれ５００ｎｓであり、第１パルスと第２パルスの間隔は１μｓ、第１パルスと第３パルスの間隔は３．５μｓ、第１パルスと第４パルスの間隔は４．５μｓの基準パターンになるように規定されている。また、データブロックは、プリアンブルの第１パルスから８μｓの位置から開始される。したがって、拡張スキッタ受信装置１の信号処理部１２は、受信する信号のうち、この基準パターンのプリアンブルが存在すると、プリアンブルの第１パルスから８μｓの位置から１１２μｓの範囲をデータブロックとしてデコードする。

信号処理部１２は、図２に示すように、受信部１１から入力するＩＦデータの受信信号を増幅する増幅器１２ａと、増幅された受信アナログの受信信号をからディジタルに変換するＡ／Ｄ変換部１２ｂと、ディジタルの受信信号から実数データ（Ｉ）と虚数データ（Ｑ）を検波するＩ／Ｑ検波部１２ｃと、直交座標データである実数データと虚数データを極座標変換して振幅値（ｒ）と位相値（θ）を出力する極座標変換部１２ｄと、振幅値のデータを２値化する２値化処理部１２ｅと、位相値のデータを遅延させて出力する位相遅延調整部１２ｆと、２値化された振幅値のデータと遅延された位相値のデータからプリアンブルを検出する検出位相相関部１２ｇと、２値化されたデータとプリアンブルの検出結果を利用して受信信号をデコードするデコード部１２ｈとを有している。

具体的には、極座標変換部１２ｄからは、２値化処理部１２ｅへ図３（ａ）に示すようなパルスの振幅値（ｒ）が出力されるとともに、位相遅延調整部１２ｆへ図３（ｂ）に示すような位相値（θ）が出力される。

２値化処理部１２ｅは、２値化した振幅値のデータを検出位相相関部１２ｇとデコード部１２ｈとに出力する。

２値化処理部１２ｅでは、入力した振幅値のデータを２値化して検出位相相関部１２ｇに出力するが、図３（ｃ）に示すような２値化されたデータが出力されるまでに、遅延が生じる。したがって、位相遅延調整部１２ｆでは、図３（ｄ）に示すように２値化処理部１２ｅの処理の遅延に合わせて位相値のデータを遅延させて、２値化処理部１２ｅから出力される２値化データと同期させて検出位相相関部１２ｇに出力する。

検出位相相関部１２ｇは、パルスを検出する検出手段１２１と検出したパルスの適否を判定するための位相相関処理を実行する相関処理手段１２２とを有している。

検出手段１２１は、２値化処理部１２ｅから入力した２値化された振幅値のデータから、上述した基準パターンのパルスを検出する。また、検出手段１２１は、検出したプリアンブルの位相データを監視処理部１３へ出力する。

相関処理手段１２２は、検出手段１２１で基準パターンのパルスが検出されると、この基準パターンを形成する各パルスの中央の位相値を抽出し、抽出した各位相値をそれぞれメモリに記憶する。図３に示す例では、第１パルスの位相値（θ1）として「６０」が抽出され（図３（ｅ））、第２パルスの位相値（θ2）として「６１」が抽出され（図３（ｆ））、第３パルスの位相値（θ3）として「６４」が抽出され（図３（ｇ））、第４パルスの位相値（θ4）として「５７」が抽出されている（図３（ｈ））。

その後、相関処理手段１２２では、抽出された４つの位相値の最大値と最小値との差が予め定められる所定値（位相レベル）以下の場合にのみ、位相相関があり、プリアンブルが検出されたと判定する。また、相関処理手段１２２は、プリアンブルが検出されたと判定されると、プリアンブルの検出有の信号をデコード部１２ｈに出力する。

位相値は、信号の送信場所から受信場所までの距離を特定することができ、同一の航空機から送信される複数のパルスの位相値は、ほぼ同一になる。すなわち、拡張スキッタのプリアンブルである場合には、一の航空機から送信されるため、飛行によって移動しているものの、各パルスの位相値θ1〜θ4には相関性を有していることになる。そのため、プリアンブルであると判定することができる条件として、同一の航空機から送信されたと判定することができる位相値の最大値と最小値との差を位相レベルとして予め設定し、相関処理手段１２２では、この条件を満たした場合にプリアンブルであるとする。

一方、相関処理手段１２２では、抽出された４つの位相値の最大値と最小値との差が予め定められる所定値（位相レベル）以上の場合には、検出された基準パターンのパルスは位相相関がなく、検出された基準パターンのパルスはプリアンブルではないと判定し、プリアンブルの検出無の信号をデコード部１２ｈに出力する。なお、相関処理手段１２２では、その他、プリアンブルの検出有の信号を出力していないときには、プリアンブル検出無の信号を出力している。

デコード部１２ｈは、検出位相相関部１２ｇからプリアンブルの検出有の信号を入力すると、２値化処理部１２ｅから入力する振幅値の２値化データをデコードして得られたデータを監視処理部１３へ出力する。具体的には、デコード部１２ｈは、プリアンブルの第１パルスから８μｓの位置を開始データビットとし、この開始データビットから１１２μｓのデータブロックの間、１ビット当たり１μｓのマンチェスタコードのデコードを実行する。また、デコード部１２ｈは、デコードしたビットデータをパラレルに変換したデコードデータを受信データとして出力する。

監視処理部１３では、デコード部１２ｈから入力する受信データと検出位相相関部１２ｇから入力するプリアンブルの位相データを利用して、拡張スキッタを航空機の監視処理に利用する。

なお、相関処理手段１２２で利用する位相レベルの値を無限大に設定した場合、図４に示した場合と同様に、基準パターンのパルスは全て拡張スキッタのプリアンブルと検出される。この場合でも、相関処理手段１２２から監視処理部１３へ各パルスの位相値θ1〜θ4が出力されるため、監視処理部１３において、入力した各位相値θ1〜θ4を利用して検出されたパルスが拡張スキッタのプリアンブルではないと判定することもできる。

上述したように、実施形態に係る拡張スキッタ受信装置１では、振幅値のデータで検出したパルスのみでプリアンブルを特定するのではなく、位相値の相関を利用して検出されたパルスがプリアンブルであるか否かを判定する。図４に示すように、位相値は利用せず、２値化された振幅値のデータのみ利用してプリアンブルを検出する方法では、ノイズ等であっても、プリアンブルの基準パターンと同一のパターンのパルスが発生した場合でもプリアンブルと検出される。これに対し、図２に示す拡張スキッタ受信装置１では、プリアンブルの検出に振幅値のデータと位相値のデータを利用することで、ノイズ等の場合には位相値のデータで相関が無となり、同一の航空機から送信されたパルスではないと判定することができるので、拡張スキッタのプリアンブルのみを確実に検出することができる。

１…拡張スキッタ受信装置
１０…アンテナ
１１…受信部
１２…信号処理部
１２ａ…増幅器
１２ｂ…変換部
１２ｃ…検波部
１２ｄ…極座標変換部
１２ｅ…値化処理部
１２ｆ…位相遅延調整部
１２ｇ…検出位相相関部
１２１…検出手段
１２２…相関処理手段
１２ｈ…デコード部
１３…監視処理部
２０…アンテナ
２１…送受信部
２２…信号処理部

Claims (4)

1. 受信信号を特定する振幅値のデータが２値化された２値化データを入力し、当該２値化データから拡張スキッタのプリアンブルを特定するための所定のパルスパターンの有無を検出する検出手段と、
   所定のパルスパターンを構成するパルスの位相値のデータを入力し、当該位相データから所定のパルスパターンを構成するパルスの相関性の有無を判定する相関処理手段と、
   前記検出手段で所定のパルスパターンが有と判定されるとともに、前記相関処理手段で相関性が有と判定されると、２値化データをデコードして拡張スキッタとするデコード手段と、
   を備えることを特徴とする拡張スキッタ受信装置。
2. 受信信号を特定する振幅値のデータが２値化された２値化データを入力し、当該２値化データから拡張スキッタのプリアンブルを特定するための所定のパルスパターンの有無を検出する検出手段と、
   前記検出手段で所定のパルスパターンが有と判定されると、２値化データをデコードして拡張スキッタとするデコード手段と、
   所定のパルスパターンを構成するパルスの位相値のデータを入力し、当該位相データから所定のパルスパターンを構成するパルスの相関性の有無を判定し、プリアンブルの適否を判定させる信号として判定結果を出力する相関処理手段と、
   を備えることを特徴とする拡張スキッタ受信装置。
3. 前記２値化処理手段から出力される２値化データと同期させて受信信号を特定する位相値のデータを出力する位相遅延調整手段を備え、
   前記相関処理手段は、前記位相遅延調整手段から出力される位相値のデータを入力することを特徴とする請求項１又は２に記載の拡張スキッタ受信装置。
4. 前記相関処理手段は、拡張スキッタのプリアンブルを構成するパルスの位相値の最大値と最小値との差が予め定められる所定値以下の場合に相関性有と判定し、所定値以上の場合に相関性無と判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の拡張スキッタ受信装置。

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