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WO2019180771A1 - 管制局装置 - Google Patents

管制局装置 Download PDF

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WO2019180771A1
WO2019180771A1 PCT/JP2018/010776 JP2018010776W WO2019180771A1 WO 2019180771 A1 WO2019180771 A1 WO 2019180771A1 JP 2018010776 W JP2018010776 W JP 2018010776W WO 2019180771 A1 WO2019180771 A1 WO 2019180771A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
interference
unit
alarm
signal
station
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/010776
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
良太 鬼頭
安彦 鈴木
Original Assignee
株式会社日立国際電気
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立国際電気 filed Critical 株式会社日立国際電気
Priority to PCT/JP2018/010776 priority Critical patent/WO2019180771A1/ja
Priority to US16/977,791 priority patent/US11469832B2/en
Priority to JP2020508115A priority patent/JP6886075B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18502—Airborne stations
    • H04B7/18506—Communications with or from aircraft, i.e. aeronautical mobile service
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/04—Anti-collision systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/20—Monitoring; Testing of receivers
    • H04B17/23—Indication means, e.g. displays, alarms, audible means

Definitions

  • This disclosure relates to a control station apparatus, and can be applied to, for example, a control station apparatus that detects interference.
  • the control station apparatus stores in a memory a radio having a crosstalk determination unit that determines the presence or absence of crosstalk in real time using one or a plurality of methods on the received signal and the received and crosstalk waveform information.
  • a multi-wave simultaneous reception start determination unit that determines that a plurality of signals have ended at the same time, and a first alarm that indicates an interference state based on information from the interference determination unit and information from the multiple-wave simultaneous reception start determination unit
  • an alarm display unit for issuing a second alarm indicating the end of simultaneous transmission.
  • the reliability of interference detection can be improved.
  • FIG. 6 is a processing flowchart showing the operation of the digital processing circuit of FIG. Simulation waveform diagram of spectrum without interference Simulation waveform diagram of signal without interference Waveform simulation waveform diagram with interference Simulation waveform diagram of signal when there is interference Diagram showing phase and power with and without interference and their amount of change Voice pitch extraction waveform diagram with and without interference
  • Fig. 1 is a schematic diagram of the air traffic control system.
  • the air traffic control system includes an A station and a B station that are aircraft, and a C station that is a control station.
  • Station A and station B start transmission simultaneously, station C receives, and the received signal level is 20 dB higher for the transmission signal of station B than the transmission signal of station A. It is difficult for the C station to receive the transmission signal of the B station having a high transmission level and to visually confirm the signal of the A station that has started transmission.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a case where the transmission start timings of the A station and the B station are the same and the transmission end timings are different.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case where the transmission start timing and the transmission end timing of the A station and the B station are the same.
  • station B does not recognize the beat because it cannot hear the sound of station A
  • station C does not recognize the beat even if station A finishes transmission because station B is 20 dB higher than station A. Absent.
  • the A station can confirm that its own transmission signal is not transmitted to the C station. Therefore, station A can communicate again to prevent accidents.
  • the B station does not hear the sound of the A station, so the B station does not notice the beat, and the C station has a 20 dB higher level than the A station, so I do not notice.
  • the A station cannot confirm by hearing that the transmission signal of the A station is not transmitted to the C station. Only the beat detection system based on the interference determination unit is relied upon and lacks the reliability of beat detection.
  • FIG. 4 is a block diagram of the control station apparatus.
  • the control station device of station C includes a radio device 100, an alarm display unit 200, and a multi-wave simultaneous reception start determination unit 300.
  • radio apparatus 100 determines interference in the determination processing time (about 20 ms) from simultaneous reception start timing t0 to t1 in interference determination section 30, and provides determination information to alarm display section 200 in real time.
  • the alarm display unit 200 sends a yellow alarm.
  • the received signal has a different waveform from the interfering signal.
  • the interference determination unit 30 does not determine that the received signal is interference, and the alarm display unit 200 that has received the determination information stops issuing the yellow alarm at timing t2.
  • the multiple wave simultaneous reception start determination unit 300 also cancels the simultaneous reception determination. Radio apparatus 100 does not detect interference at timing t2, but continues to detect transmission signals. Note that the memory 310 continues to hold the waveform information until no transmission signal is detected. Therefore, the multi-wave simultaneous reception start determination unit 300 can recognize that one station has finished transmitting although it has started simultaneous transmission.
  • the multi-wave simultaneous reception start determination unit 300 simultaneously detects the transmission signal based on the waveform information of the interference state held in the memory 310. Outputs update information indicating that it is no longer being used. According to the update information of the simultaneous reception start determination unit 300 for multiple waves, the alarm display unit 200 sets a flag that the transmission of the received multiple waves has ended simultaneously when the detection of the interference state and the detection of the transmission signal are not performed at the same time. After canceling, a red alarm is issued.
  • the alarm display unit 200 displays the yellow alarm or Raises the red alarm.
  • the multi-wave simultaneous reception start determination unit 300 includes a memory 310 that holds received waveform information on the assumption of simultaneous transmission start and simultaneous transmission end, and determines multi-wave simultaneous reception start.
  • the alarm display unit 200 detects the start of simultaneous transmission of two waves, and when a yellow alarm indicating “interference state” is triggered, when one of the two waves has been transmitted and the end of interference has not been detected, A red alarm is issued, assuming that simultaneous transmission is complete.
  • FIG. 5 is a diagram showing a display example of a yellow alarm and a red alarm in the alarm display section.
  • the frequency axis horizontal axis
  • time axis below the vertical axis
  • radio wave level above the vertical axis
  • the radio wave level is displayed in color.
  • a yellow alarm YA and a red alarm RA are displayed on the time axis.
  • FIG. 6 is a system diagram of the digital processing circuit of the radio shown in FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the digital processing circuit of FIG.
  • the receiver of the radio device 100 includes an analog / digital converter (ADC) 2 to which an analog signal 1 is input, a frequency converter (F_CONV) 3, a first rate converter (R_CONV) 4, and automatic gain control ( An automatic (Gain) control (AGC) unit 5, a demodulation unit 6, a digital / analog conversion unit (DAC) 26 that outputs an audio signal 7, and an interference determination unit 30.
  • ADC analog / digital converter
  • F_CONV frequency converter
  • R_CONV first rate converter
  • AGC automatic gain control
  • ADC automatic (Gain) control
  • demodulation unit 6 demodulation unit
  • DAC digital / analog conversion unit
  • the interference determination unit 30 includes a second rate conversion unit 8 to which a signal from the first rate conversion unit 4 is input, a window function unit 9, a fast Fourier transform (FFT) unit 10, and a first interference.
  • the interference determination unit 30 including the detection unit 11 further includes a third rate conversion unit 12 to which a signal from the first rate conversion unit 4 is input, a phase detection unit 13, and a first change amount calculation unit 14. , A detection unit 15, a second change amount calculation unit 16, and a second interference detection unit 17.
  • the interference determination unit 30 further includes a fourth rate conversion unit 18, a voice analysis unit 19, and a third interference detection unit 20.
  • the interference determination unit 30 further includes an interference determination unit 21 to which the interference determination results of the first interference detection unit 11, the second interference detection unit 17, and the third interference detection unit 20 are input.
  • the interference determination unit 30 further includes a power detection unit 24 to which signals output from the FFT unit 10 and the first rate conversion unit 4 are input.
  • the audio signal 7, the interference determination result output signal 22 and the interference level output are included in the real-time determination information in FIG.
  • Step S2 The ADC 2 converts the analog signal 1 having the IF frequency or the analog signal 1 having the orthogonalized baseband frequency into a digital signal.
  • Step S3 The frequency converting unit 3 converts the digital signal output from the ADC 2 from the IF frequency to the baseband frequency.
  • the frequency conversion unit 3 (step S3) can be omitted.
  • Step S4 The first rate conversion unit (R_CONV) 4 converts the signal output from the frequency conversion unit 3 into a sampling rate optimal for demodulation processing.
  • Step S5 The AGC unit 5 amplifies or attenuates the amplitude of the signal output from the first rate conversion unit 4 to a level optimal for AM demodulation.
  • Step S26 The DAC 26 converts the digital signal that is the demodulation output result into the audio signal 7 that is an analog signal.
  • Step S8 The second rate conversion unit 8 further performs rate conversion on the signal output from the first rate conversion unit 4.
  • Step S9 The window function unit 9 performs window processing on the signal output from the second rate conversion unit 8 in order to optimize the FFT result of the next processing.
  • Step S10 The FFT unit 10 converts the signal output from the window function unit 9 into a relationship between frequency and level.
  • Step S11 The first interference detection unit 11 detects the peak power of the carrier output from the FFT unit 10, and determines the interference state based on the number of detected peaks.
  • the FFT frequency resolution can be improved by narrowing the sampling frequency of the received signal further than the band necessary for demodulation. This is determined by the frequency deviation of the transmitter.
  • the relationship between the frequency and the reception level is calculated by adjusting the sampling frequency so that the fluctuation of the transmission frequency of the radio can be identified for the frequency resolution of the FFT and performing FFT processing.
  • the number of peak powers which are carrier components of the modulation signal, is detected from the FFT output. If the number of peak powers above a certain threshold is two or more, it is determined that there is interference.
  • a threshold is provided so that only peak power above a certain level is detected. This threshold value can be arbitrarily changed by the external signal 23 in accordance with the radio wave reception status (radio wave status).
  • FIG. 8 is a simulation waveform diagram of a spectrum in which a carrier signal of an AM modulated wave when there is no interference is enlarged and displayed.
  • FIG. 9 is an FFT simulation waveform diagram when there is no interference.
  • FIG. 10 is a spectrum simulation waveform diagram in which the carrier signal of the AM modulation wave when there is interference is enlarged and displayed.
  • FIG. 11 is an FFT simulation waveform diagram when there is interference.
  • interference occurs, even if the transmitting side transmits at the same frequency, a plurality of AM modulated wave carrier signals can be confirmed on the receiving side due to the fluctuation of the original oscillation and the Doppler shift. In this process, the peak power of the carrier signal is detected, and if there are two or more peak powers higher than a certain threshold, it is determined that interference has been detected.
  • the carrier frequencies of the AM modulated wave are very close to each other, the carrier signals of the AM modulated wave overlap each other on the frequency axis, and there is a possibility that detection of peak power may be missed.
  • Step S12 The third rate converter 12 further performs rate conversion on the signal output from the first rate converter 4.
  • Step S13 The phase detector 13 calculates the phase of the signal output from the third rate converter 12.
  • Step S ⁇ b> 14 The first change amount calculation unit 14 obtains the change amount of the signal output from the phase detection unit 13.
  • Step S15 The detector 15 calculates the power of the signal output from the third rate converter 12.
  • Step S ⁇ b> 16 The second change amount calculation unit 16 obtains the change amount of the signal output from the detection unit 15.
  • Step S ⁇ b> 17 The second interference detection unit 17 comprehensively determines the interference state from the respective detection results of the change amounts of the first change amount calculation unit 14 and the second change amount calculation unit 16.
  • the second interference detection unit 17 adjusts the sampling frequency of the received signal in the same manner as the first interference detection operation, and calculates either the phase or power of the carrier, or both. Further, the calculated carrier phase and power change amount are calculated.
  • both of the calculated change amounts have a peak value of the change amount that is larger than when there is no interference. Therefore, it is determined that interference occurs when the peak exceeds a certain threshold. Since there is a possibility that the amount of change in the presence / absence of interference will be small due to the level difference or phase difference of a plurality of input received signals, it is desirable to detect both power and phase.
  • This threshold value can be arbitrarily set and changed by the external signal 23 according to the radio wave reception status.
  • FIG. 12 is a diagram showing the received power amount (A) and phase (B), the received power change amount (C), and the phase change amount (D) with and without interference.
  • the second interference detection unit 17 can extract only the carrier signal of the AM modulated wave by lowering the sampling frequency to the order of several hundred hertz.
  • the carrier frequencies of a plurality of AM modulated waves are very close to each other, such as 1 Hz or less, as shown by a circle in the figure, the received power is changed after a pulse is generated in the received power change amount and the phase change amount.
  • the difference frequency appears in each of the change amount signal and the phase change amount signal. If the fluctuation amount (blurring) of these signals is larger than a certain threshold value, the interference determination block is notified as interference detection.
  • Step S18 The fourth rate converter 18 further performs rate conversion on the demodulation result output from the demodulator 6.
  • the third interference detection unit 20 detects the presence or absence of interference by adjusting the sampling frequency of the demodulation result output from the demodulation unit 6, performing voice analysis, and detecting whether there are a plurality of speakers.
  • speech analysis such as waveform processing, correlation processing, spectrum processing, etc.
  • an optimal method is determined according to the configuration and purpose of use of the wireless device. For example, by the pitch extraction method, it is possible to detect whether there are a plurality of speakers in the speech, that is, the presence or absence of an interference state, based on how the peaks in the output of the autocorrelation calculation in a specific speech interval.
  • voice analysis method voice communication using call signs and phonetic codes determined by air traffic control is used, and multiple matched filters with different voice pitches for each call sign are internally included and demodulated.
  • a correlation peak of a plurality of call signs is established at the time of interference, and the presence or absence of interference can be determined by detecting it.
  • the detection and determination algorithm can be changed by an external signal 23.
  • FIG. 13 shows the voice signal (A) of the speaker A, the spectrum (B) of the short period voice signal of the speaker A, the voice signal (C) of the speaker B, and the spectrum (D) of the short period voice signal of the speaker B.
  • FIG. 5 is a waveform diagram showing a spectrum (F) of a voice signal (E) obtained by synthesizing speaker A and speaker B and a short-distance voice signal of a voice signal obtained by synthesizing speaker A and speaker B.
  • peak power stands at a constant interval pitch on the frequency axis.
  • the peak power is generated at different pitches due to the plurality of speakers, and the pitch deviation can be confirmed.
  • the pitch deviation interference is detected and notified to the interference determination block.
  • Step S21 The interference determination unit 21 performs a final determination of interference detection based on the interference detection results of the first interference detection operation, the second interference detection operation, and the third interference detection operation, and the determination result ( An interference determination result output signal 22) is output.
  • Interference detection methods differ in detection result update cycle, accuracy, and detection range depending on differences in processing methods and processing amounts.
  • the method of detecting the power peak of the FFT output in the first interference detection operation can accurately detect the presence or absence of interference by detecting a subtle shift in the transmission frequency of each transmitter, If the frequencies are close, detection may be missed.
  • the method of detecting the power peak at the FFT point in the first interference detection operation may take several seconds to detect.
  • the amount of change in the second interference detection operation can be detected.
  • the detection results of these three methods are combined to obtain the final interference determination output.
  • the final interference determination is performed by combining the detection results of the three methods, any two of the three methods or one interference determination may be performed. In that case, there is no need to use a circuit that is not used for the determination.
  • Interference causes a beat (waveform fluctuation) depending on the power difference between the modulated waves.
  • the power detection unit 24 detects the power difference between the two modulated waves from the fluctuation amount of the beat and notifies it as an interference level output 25. Since the level of interference can be determined from the power difference, the operator (human) may be used as the final determination result together with the interference determination result in step S21. When not used for the final determination, the power detection unit 24 may not be provided.
  • the wireless device 100 determines the presence or absence of interference in the received radio wave by one or a plurality of methods and notifies it. More specifically, a weak received signal that cannot be identified by human hearing is detected by digital processing, the presence / absence of interference is determined, and this is notified. Furthermore, a plurality of detection methods of interference are implemented, and the results are comprehensively determined to compensate for the respective disadvantages and reduce false detections and missed detections. At the same time, output voice and power level fluctuations are also used as material for determining the presence or absence of interference.
  • the control station apparatus uses one or a plurality of methods for the received signal to determine the presence or absence of interference in real time, to issue an alarm, and to store the received and interfered waveform information in a memory. When another signal is finished at the same time, another alarm is issued. Thereby, the reliability of beat detection can be improved.
  • the present invention can be applied to the simultaneous transmission start and the simultaneous transmission end of three or more waves.

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Abstract

管制局装置は、受信した信号に対して一つまたは複数の方式を用いてリアルタイムで混信の有無を判定する混信判定部を有する無線機と、受信し混信した波形情報をメモリに保持させ、複数の信号が同時に終了したことを判定する複数波同時受信開始判定部と、前記混信判定部からの情報および前記複数波同時受信開始判定部からの情報に基づいて混信状態を示す第一アラームおよび同時送信終了を示す第二アラームを発報するアラーム表示部と、を備える。

Description

管制局装置
　本開示は管制局装置に関し、例えば混信検出を行う管制局装置に適用可能である。
　航空管制の無線通信において、混信によるトラブルがたびたび報告されている。複数の無線局が同時に同一周波数で電波を送信することで、受信側で混信する。従来の混信の有無の判定は、人間の耳で判断している。航空管制の無線通信方式はＡＭ変調が採用されており、混信状態では受信側で音声のかぶりや異音が発生するため、それをもとに人間が混信の有無を識別し、重大インシデントを未然に防いでいる。
米国特許第８，３８５，４４９号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０１４９７３７号明細書 特開平１１－１６０４２２号公報
　ただし、受信した複数の電波の受信レベルに例えば２０ｄＢ以上のレベル差があると、混信による音声のかぶりや異音の影響が極端に小さいため、混信の有無を人間の耳で識別することはほぼ不可能である。さらに、混信を検出する従来の方法は、聴覚のみによる判定のため、検出見逃しが発生する。
  その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
  すなわち、管制局装置は、受信した信号に対して一つまたは複数の方式を用いてリアルタイムで混信の有無を判定する混信判定部を有する無線機と、受信し混信した波形情報をメモリに保持させ、複数の信号が同時に終了したことを判定する複数波同時受信開始判定部と、前記混信判定部からの情報および前記複数波同時受信開始判定部からの情報に基づいて混信状態を示す第一アラームおよび同時送信終了を示す第二アラームを発報するアラーム表示部と、を備える。
　上記管制局装置によれば、混信検出の信頼性を向上することができる。
航空管制システムの概要図 Ａ局とＢ局の送信開始タイミングが同じで送信終了タイミングが異なる場合を示す図 Ａ局とＢ局の送信開始タイミングが同じで送信終了タイミングも同じ場合を示す図 管制局装置のブロック図 アラーム表示部のイエローアラームおよびレッドアラームの表示例を示す図 図４の無線機のデジタル処理回路の系統図 図６のデジタル処理回路の動作を示す処理フロー図 混信無し時のスペクトラムのシミュレーション波形図 混信無し時の信号のシミュレーション波形図 混信有り時のスペクトラムのシミュレーション波形図 混信有り時の信号のシミュレーション波形図 混信有無における位相と電力とそれらの変化量を示す図 混信有無における音声ピッチ抽出波形図
　以下、実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。
　図１は航空管制システムの概要図である。航空管制システムは航空機であるＡ局、Ｂ局、管制局であるＣ局を備える。Ａ局、Ｂ局が同時に送信を開始し、Ｃ局が受信し、受信した信号レベルはＡ局の送信信号より、Ｂ局の送信信号の方が２０ｄＢ高いとする。Ｃ局は、送信レベルが高いＢ局の送信信号を受信し、同時に送信開始しているＡ局の信号を聴覚により確認することが難しい。
　これは後述する混信判定部により、同時に２波以上の信号を受信したときの混信と混信時以外の比較を行って検出することで、リアルタイムにアラームを発報し、ビート検出の見逃しを防ぐことができる。
　次に、Ａ局の送信信号とＢ局の送信信号の混信について図２、３を用いて説明する。図２はＡ局とＢ局の送信開始タイミングが同じで送信終了タイミングが異なる場合を説明する図である。図３はＡ局とＢ局の送信開始タイミングおよび送信終了タイミングが同じ場合を説明する図である。
　図２に示す場合、Ｂ局はＡ局の音声が聞こえないためビートには気付かず、Ｃ局はＢ局のレベルがＡ局よりも２０ｄＢ高いためＡ局が送信終了してもビートには気付かない。しかし、Ａ局が送信終了したタイミングでＢ局の送信信号がＡ局に受信されるので、Ａ局は自身の送信信号がＣ局に伝わっていないことが確認できる。よって、Ａ局は再度交信を行い、事故を未然に防ぐことができる。
　しかし、図３に示す場合、Ｂ局はＡ局の音声が聞こえないためビートには気付かず、Ｃ局はＢ局のレベルがＡ局よりも２０ｄＢ高いためＡ局が送信終了してもビートには気付かない。また、Ａ局とＢ局が同時に送信終了するので、Ａ局の送信信号がＣ局に伝わっていないことをＡ局が聴覚によって確認できないため、どの無線局もビートには気付かないので、上述の混信判定部によるビート検出システムのみが頼りとなり、ビート検出の信頼性に欠ける。
　次に、実施形態の管制局装置について図４を用いて説明する。図４は管制局装置のブロック図である。
　Ｃ局の管制局装置は無線機１００とアラーム表示部２００と複数波同時受信開始判定部３００とを備える。
　無線機１００は、２波以上の同時受信した場合、混信判定部３０において同時受信開始タイミングｔ０からｔ１まで判定処理時間（約２０ｍｓ）に混信を判定し、リアルタイムで判定情報をアラーム表示部２００に送り、アラーム表示部２００にイエローアラームを発報させる。
　図２に示すように、片方の局（Ａ局）が送信を終了し、もう一方の局（Ｂ局）が送信継続の場合、受信している信号は混信している信号と波形が異なるため、混信判定部３０は、受信信号を混信と判定せず、その判定情報を受けたアラーム表示部２００はタイミングｔ２でイエローアラームの発報を止める。なお、複数波同時受信開始判定部３００も同時受信判定を解除する。無線機１００は、タイミングｔ２で混信が検出されなくなるが、送信信号は検出し続けている。なお、送信信号を検出しなくなるまで、メモリ３１０は波形情報を保持し続けている。よって、複数波同時受信開始判定部３００は、同時送信開始をしているが、一方の局が送信を終了したことを認識することができる。
　図３に示すような同時送信終了の場合、同時送信終了タイミングｔ３のとき、複数波同時受信開始判定部３００は、メモリ３１０に保持された混信状態の波形情報に基づいて送信信号の検出が同時にされなくなったことと示す更新情報を出力する。複数波同時受信開始判定部３００の更新情報により、アラーム表示部２００は混信状態の検出および送信信号の検出が同時にされなくなったとき、受信した複数波が同時に送信終了したというフラグを立て、イエローアラームの解除後、レッドアラームを発報する。
　混信判定部３０からのリアルタイム判定情報と、複数波同時受信開始判定部３００の更新情報により、２波の信号が同時に送信開始、送信終了したというそれぞれの状態によって、アラーム表示部２００はイエローアラームまたはレッドアラームを発報する。
　複数波同時受信開始判定部３００は、同時送信開始、同時送信終了を想定し、受信した波形情報を保持するメモリ３１０を備え、複数波同時受信開始を判定する。アラーム表示部２００は２波の同時送信の開始を検出し「混信状態」を示すイエローアラームが発報時、２波のうち１波が送信終了し混信終了が検出されなかった場合「２波の同時送信終了」と見なし、レッドアラームを発報する。
　この「混信状態」のイエローアラームと「２波(複数波)の同時送信終了」のレッドアラームを用いることにより同時送信開始、同時送信終了された複数の信号の検出を行うことが可能になる。
　図５はアラーム表示部のイエローアラームおよびレッドアラームの表示例を示す図である。周波数軸（横軸）、時間軸（縦軸の下）、電波レベル（縦軸の上）の３軸で表示する。時間軸側は電波のレベルを色で表示している。イエローアラームＹＡ、レッドアラームＲＡを時間軸上に表示する。
　図５では、時間軸上表示の１秒から４秒にイエローアラームＹＡが黄色で表示され、７秒前から１３秒前にレッドアラーム相当のビートが発生した場合、時間軸上表示の７秒から１３秒にレッドアラームＲＡが赤色で表示されている。
　次に、無線機について図６～１３を用いて説明する。図６は図４の無線機のデジタル処理回路の系統図である。図７は図６のデジタル処理回路の動作を示すフロー図である。
　無線機１００の受信機は、アナログ信号１が入力されるアナログ・デジタル変換部（ＡＤＣ）２と、周波数変換部（Ｆ＿ＣＯＮＶ）３と、第一レート変換部（Ｒ＿ＣＯＮＶ）４と、自動利得制御（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）部５と、復調部６と、音声信号７を出力するデジタル・アナログ変換部（ＤＡＣ）２６と、混信判定部３０と、を備える。
　混信判定部３０は、第一レート変換部４からの信号が入力される第二レート変換部８と、窓関数部９と、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）部１０と、第一混信検出部１１と、を備える
　混信判定部３０は、さらに、第一レート変換部４からの信号が入力される第三レート変換部１２と、位相検出部１３と、第一変化量算出部１４と、検波部１５と、第二変化量算出部１６と、第二混信検出部１７と、を備える。
　混信判定部３０は、さらに、第四レート変換部１８と、音声解析部１９と、第三混信検出部２０と、を備える。
　混信判定部３０は、さらに、第一混信検出部１１と第二混信検出部１７と第三混信検出部２０の各混信判定結果が入力される混信判定部２１を備える。
　混信判定部３０は、さらに、ＦＦＴ部１０や第一レート変換部４から出力される信号が入力される電力検出部２４を備える。
　音声信号７、混信判定結果出力信号２２および混信レベル出力は図４のリアルタイム判定情報に含まれる。
　次に、無線機１００の受信機の動作について説明する。なお、図７のステップ番号（「Ｓ」に続く番号）と図６の構成要素の符号の番号は対応している。　
　ステップＳ２：ＡＤＣ２はＩＦ周波数のアナログ信号１または直交化されたベースバンド周波数のアナログ信号１をデジタル信号に変換する。　
　ステップＳ３：周波数変換部３はＡＤＣ２から出力されたデジタル信号をＩＦ周波数からベースバンド周波数に変換する。ただし、直交化されたベースバンド周波数のアナログ信号をＡＤＣ２でデジタル信号に変換する場合、周波数変換部３（ステップＳ３）は省略できる。　
　ステップＳ４：第一レート変換部（Ｒ＿ＣＯＮＶ）４は周波数変換部３より出力された信号を復調処理に最適なサンプリングレートに変換する。　
　ステップＳ５：ＡＧＣ部５は第一レート変換部４から出力された信号の振幅をＡＭ復調に最適なレベルに増幅または減衰する。　
　ステップＳ５：復調部６はＡＧＣ部５より出力された信号を音声信号に復調する。
　ステップＳ２６：ＤＡＣ２６は復調出力結果であるデジタル信号をアナログ信号である音声信号７に変換する。
　以上の動作は通常の受信機の動作である。次に、第一の混信検出動作について説明する。　
　ステップＳ８：第二レート変換部８は第一レート変換部４より出力された信号を、さらにレート変換する。　
　ステップＳ９：窓関数部９は第二レート変換部８より出力された信号に対して次処理のＦＦＴ結果を最適化するために窓処理をかける。　
　ステップＳ１０：ＦＦＴ部１０は窓関数部９より出力された信号を周波数とレベルの関係に変換する。　
　ステップＳ１１：第一混信検出部１１はＦＦＴ部１０より出力されたキャリアのピーク電力を検出し、検出したピークの数によって混信状態を判定する。
　ＦＦＴのサイズを固定とした場合、受信信号のサンプリング周波数を復調に必要な帯域よりもさらに狭めることで、ＦＦＴの周波数分解能を向上させることが可能である。これは送信機の周波数偏差により決定する。ＦＦＴの周波数分解能を無線機の送信周波数の揺らぎが識別できる程度にサンプリング周波数を調整し、ＦＦＴ処理することで周波数と受信レベルの関係を算出する。ＦＦＴ出力から変調信号のキャリア成分であるピーク電力の数を検出し、一定の閾値以上のピーク電力の数が２つ以上であれば混信と判定する。本処理では、ノイズフロアの微小なレベル増減をピーク電力として検出しないために、ある一定レベル以上のピーク電力のみ検出するように閾値を設ける。この閾値は電波の受信状況（電波状況）に応じ、外部信号２３によって任意に設定変更可能である。
　図８は混信が無い場合のＡＭ変調波のキャリア信号を拡大表示したスペクトラムのシミュレーション波形図である。図９は混信が無い場合のＦＦＴのシミュレーション波形図である。サンプリング周波数を数百ヘルツまで下げることで、ＡＭ変調波のキャリア信号のみを抽出することができる。キャリア信号のピーク出力は１つである。
　図１０は混信が有る場合のＡＭ変調波のキャリア信号を拡大表示したスペクトラムのシミュレーション波形図である。図１１は混信が有る場合のＦＦＴのシミュレーション波形図である。混信が起こる場合は、送信側が同一周波数で送信していても、原振の揺れとドップラーシフトにより、受信側でＡＭ変調波のキャリア信号が複数確認できる。本処理では、キャリア信号のピーク電力を検出し、一定の閾値よりも高いピーク電力が２つ以上であれば、混信の検出と判断する。ただし、ＡＭ変調波のキャリア周波数が極めて近接している場合、周波数軸上でＡＭ変調波のキャリア信号がお互いに重なってしまうことで、ピーク電力の検出見逃しが発生する可能性がある。
　次に、第二の混信検出動作について説明する。　
　ステップＳ１２：第三レート変換部１２は第一レート変換部４より出力された信号をさらにレート変換する。　
　ステップＳ１３：位相検出部１３は第三レート変換部１２より出力された信号の位相を算出する。　
　ステップＳ１４：第一変化量算出部１４は位相検出部１３より出力された信号の変化量を求める。　
　ステップＳ１５：検波部１５は第三レート変換部１２より出力された信号の電力を算出する。　
　ステップＳ１６：第二変化量算出部１６は検波部１５より出力された信号の変化量を求める。　
　ステップＳ１７：第二混信検出部１７は第一変化量算出部１４および第二変化量算出部１６のそれぞれの変化量検出の結果から総合的に混信状態を判定する。
　第二混信検出部１７は第一の混信検出動作と同様に受信信号のサンプリング周波数を調整し、そのキャリアの位相又は電力のどちらか、またはその両方を算出する。さらに算出したキャリアの位相及び電力の変化量を算出する。混信すると、それぞれの算出した変化量はどちらも、混信が無い場合に比べて、変化量のピーク値が大きくなるため、ピークが一定の閾値を超えることで混信と判断する。入力される複数の受信信号のレベル差や位相差により、混信有無における変化量が小さくなる可能性があるため、電力と位相の両方について検出することが望ましい。この閾値は電波の受信状況に応じ、外部信号２３によって任意に設定変更可能である。
　図１２は混信有無における受信電力量（Ａ）と位相（Ｂ）と受信電力の変化量（Ｃ）と位相の変化量（Ｄ）を示す図である。第二混信検出部１７は、第一の混信検出動作と同様に、サンプリング周波数を数百ヘルツオーダーまで下げることで、ＡＭ変調波のキャリア信号のみを抽出することができる。複数のＡＭ変調波のキャリア周波数が、１Ｈｚ以下のように極めて近接している場合、図中の○で示すように、受信電力の変化量と位相の変化量にパルスが発生した後、受信電力の変化量と位相の変化量の各信号に差分の周波数が表れる。それらの信号の変動量（ぶれ）がある一定閾値より大きければ混信検出として混信判定ブロックに通知する。
　次に、第三の混信検出動作について説明する。　
　ステップＳ１８：第四レート変換部１８は復調部６より出力された復調結果をさらにレート変換する。　
　ステップＳ１９：音声解析部１９は第四レート変換部１８より出力された信号を音声解析する。　
　ステップＳ２０：第三混信検出部２０は音声解析部１９より出力された音声解析結果から混信の有無を検出する。
　第三混信検出部２０は復調部６から出力された復調結果のサンプリング周波数を調整し、音声分析を実施し、話者が複数名いるかどうかを検出することにより、混信の有無を検出する。音声分析には波形処理や相関処理、スペクトル処理等、様々な手法があるが、無線機の構成や使用目的に応じて最適な手法を決定する。例えば、ピッチ抽出法により、特定の音声区間での自己相関演算の出力にあるピークの立ち方により、その音声に話者が複数名いるかどうか、すなわち、混信状態の有無を検出可能である。
　さらに、異なる音声分析の手法として、航空管制では決められたコールサインやフォネティックコードを使用した音声通信のため、すべてのコールサイン毎に異なる音声ピッチをもつ複数のマッチドフィルタを内部に持ち、復調された音声信号と畳み込み演算することで、混信時は複数のコールサインの相関ピークが立ち、それを検出することで混信の有無を判定することが可能となる。検出や判定のアルゴリズムは外部信号２３によって設定変更可能である。
　図１３は話者Ａの音声信号（Ａ）、話者Ａの短区間音声信号のスペクトラム（Ｂ）、話者Ｂの音声信号（Ｃ）、話者Ｂの短区間音声信号のスペクトラム（Ｄ）、話者Ａと話者Ｂを合成した音声信号（Ｅ）、および話者Ａと話者Ｂを合成した音声信号の短区間音声信号のスペクトラム（Ｆ）を示す波形図である。話者Ａの音声信号スペクトラム（Ｂ）と話者Ｂの音声信号スペクトラム（Ｄ）では、周波数軸上に一定間隔のピッチでピーク電力が立つ。これに対し、話者Ａと話者Ｂの音声を合成させた音声信号スペクトラム（Ｆ）では、話者が複数いることにより、異なるピッチでピーク電力が立っており、ピッチずれが確認できる。ピッチずれを検出することにより、混信を検出し、混信判定ブロックに通知する。
　次に、第一混信検出部、第二混信検出部および第三混信検出部の混信検出の最終判定にいて説明する。
　ステップＳ２１：混信判定部２１は第一の混信検出動作、第二の混信検出動作および第三の混信検出動作の混信検出結果をもとに、混信検出の最終判定を実施し、その判定結果（混信判定結果出力信号２２）を出力する。混信検出方法は処理方法や処理量の違いにより、その検出結果更新周期や確度、検出範囲が異なる。例えば、第一の混信検出動作のＦＦＴ出力の電力ピークを検出する方法は、それぞれの送信機の送信周波数の微妙なずれを検出することで、正確に混信の有無を検出可能だが、２波の周波数が近接していると、検出見逃しとなる可能性がある。また、サンプリング周波数とＦＦＴポイント数の関係にもよるが、第一の混信検出動作のＦＦＴポイントの電力ピークを検出する方法は、検出までに数秒程度かかってしまう可能性がある。それに対し、第二の混信検出動作の変化量検出が可能である。それら３つの方法の検出結果を総合して最終の混信判定出力とする。３つの方法の検出結果を総合して最終の混信判定をしているが、３つのうちのいずれか２つまたは１つの混信判定であってもよい。その場合、判定に用いない回路はなくてもよい。
　混信すると、それぞれの変調波の電力差にもよるが、ビート（波形の揺れ）が発生する。電力検出部２４は、ビートの変動量から、２つの変調波の電力差を検出し、混信レベル出力２５として通知する。その電力差から混信のレベルが判断できるため、ステップＳ２１の混信判定結果と併せて、操作者（人間）が最終判定の結果に用いてもよい。最終判定に用いない場合は、電力検出部２４はなくてもよい。
　無線通信において、複数の無線局が同時に同一周波数で電波を送信することで、受信側で混信する。無線機１００は、受信した電波に対して一つまたは複数の方式で混信の有無を判定し、それを通知するものである。より具体的には、人間の聴覚では識別できないような微弱な受信信号をデジタル処理にて検出し、混信の有無を判定し、それを通知するものである。さらに、混信の検出方式を複数実装し、その結果を総合して判定することで、それぞれのデメリットを補いあい、誤検出や検出見逃しを低減させるものである。併せて、出力された音声や電力レベルの変動も混信有無の判断材料として用いる。
　実施形態の管制局装置は、受信した信号に対して一つまたは複数の方式を用いてリアルタイムで混信の有無を判定しアラームを発報し、また、受信し混信した波形情報をメモリに保持させ、複数の信号が同時に終了した時に別のアラームを発報する。これにより、ビート検出の信頼性を向上させることができる。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
　例えば、実施形態では２波同時送信開始および同時送信終了の例について説明したが、３波以上の同時送信開始および同時送信終了にも適用することができる。
　１…アナログ信号、２…ＡＤＣ、３…周波数変換部、４…第一レート変換部、５…ＡＧＣ部、６…復調部、７…音声信号、８…第二レート変換部、９…窓関数部、１０…ＦＦＴ部、１１…第一混信検出部、１２…第三レート変換部、１３…位相検出部、１４…第一変化量算出部、１５…検波部、１６…第二変化量算出部、１７…第二混信検出部、１８…第四レート変換部、１９…音声解析部、２０…第三混信検出部、２１…混信判定部、２２…混信判定結果出力信号、２３…外部信号、２４…電力検出部、２５…混信レベル出力、３０…混信判定部、１００…無線機、２００…アラーム表示部、３００…複数波同時受信開始判定部、３１０…メモリ。

Claims (3)

  1. 　受信した信号に対して一つまたは複数の方式を用いてリアルタイムで混信の有無を判定する混信判定部を有する無線機と、
    　受信し混信した波形情報をメモリに保持させ、複数の信号が同時に終了したことを判定する複数波同時受信開始判定部と、
    　前記混信判定部からの情報および前記複数波同時受信開始判定部からの情報に基づいて混信状態を示す第一アラームおよび同時送信終了を示す第二アラームを発報するアラーム表示部と、
    を備える管制局装置。
  2. 　請求項１の管制局装置において、
    　前記アラーム表示部は、同時送信の開始を検出し前記第一アラームの発報時、２波のうち１波が送信終了し混信終了が検出されなかった場合、２波の同時送信終了と見なし、前記第二アラームを発報する管制局装置。
  3. 　請求項２の管制局装置において、
    　前記アラーム表示部は、周波数軸と電波レベル軸と時間軸とを有し、前記周波数軸と前記時間軸との象限に前記第一アラームと前記第二アラームを表示する管制局装置。
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