(57)【要約】【課題】如何なるタイプの航空機が監視領域内に侵入しても、同一の航空機から出力される応答信号のみを抽出し得る。【解決手段】実施形態によれば、航空機監視システムは、複数の受信装置と、管理装置とを備えている。複数の受信装置は、航空機から出力される信号を受信する信号受信手段を有し、それぞれが地理的に離れた位置に設置される。管理装置は、パターン情報生成手段と、記憶手段と、相関検出手段と、目標処理手段とを備えている。パターン情報生成手段は、複数の受信装置からそれぞれ出力される信号を受信し、これら複数の受信信号の集合をパターン情報として求める。記憶手段は、パターン情報生成手段の出力を記憶する。相関検出手段は、記憶手段に記憶されたパターン情報とパターン情報生成手段の出力との相関を取る。目標処理手段は、相関検出手段の検出結果から、監視領域内に存在する同一の航空機の応答信号のみを抽出する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の監視領域内に進入する航空機の監視を行なう航空機監視システムにおいて、
前記航空機から出力される信号を受信する信号受信手段を有し、それぞれが地理的に離れた位置に設置される複数の受信装置と、
前記複数の受信装置に対しネットワークを介して接続される管理装置とを具備し、
前記管理装置は、
前記複数の受信装置からそれぞれ出力される信号を受信し、これら複数の受信信号の集合をパターン情報として求めるパターン情報生成手段と、
このパターン情報生成手段の出力を記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶されたパターン情報と前記パターン情報生成手段の出力とを前記航空機から信号が得られるごとに時間軸をずらして重ね比較して相関を取る相関検出手段と、
この相関検出手段の検出結果から、前記監視領域内に存在する同一の航空機の応答信号のみを抽出する目標処理手段とを備えることを特徴とする航空機監視システム。
【請求項２】
前記複数の受信装置は、受信信号に受信時刻を付加して前記管理装置へ出力し、
前記パターン情報生成手段は、前記複数の受信信号にそれぞれ付加される受信時刻に基づいて、前記複数の受信装置のそれぞれにおける受信信号の到達時間差を算出し、これら到達時間差の集合をパターン情報として生成することを特徴とする請求項１記載の航空機監視システム。
【請求項３】
前記複数の受信装置は、受信信号に受信電力レベル情報を付加して前記管理装置へ出力し、
前記パターン情報生成手段は、前記複数の受信装置のそれぞれにおける受信信号の受信電力レベルの集合をパターン情報として生成することを特徴とする請求項１記載の航空機監視システム。
【請求項４】
前記複数の受信装置のうち、前記監視領域の中央に位置する受信装置に全方位への指向性を持った空中線を用いることを特徴とする請求項１記載の航空機監視システム。
【請求項５】
前記複数の受信装置は、前記航空機の応答周波数を測定し、受信信号に応答周波数情報を付加して前記管理装置へ出力し、
前記パターン情報生成手段は、前記複数の受信装置のそれぞれにおける受信信号の応答周波数情報に基づいて、前記パターン情報を生成することを特徴とする請求項１記載の航空機監視システム。
【請求項６】
所定の監視領域内に進入する航空機から出力される信号を受信する信号受信手段を有し、それぞれが地理的に離れた位置に設置される複数の受信装置を備えるシステムで用いられる航空機監視方法において、
前記複数の受信装置からそれぞれ出力される信号を受信し、これら複数の受信信号の集合をパターン情報として求め、メモリに記憶し、
このメモリに記憶されたパターン情報と、前記複数の受信装置からそれぞれ出力される受信信号から生成したパターン情報とを前記航空機から信号が得られるごとに時間軸をずらして重ね比較して相関を取り、
この相関検出結果から、前記監視領域内に存在する同一の航空機の応答信号のみを抽出することを特徴とする航空機監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、監視領域を飛行する全ての航空機を検出する航空機監視システム及び航空機監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチラテレーションの測位原理を用いた航空機監視システムは、MLATとして空港面監視に利用され始めているが、監視対象がモードSトランスポンダ搭載機（以下モードS機という）のみであるため、航空機からの送信電波が、航空機毎に固有のモードSアドレスを含む信号である。この場合、複数の航空機からの応答信号の中から、同一航空機の応答信号のみを抽出することは非常に容易であり、高い検出率を確保することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】電子航法研究所研究発表会（第１０回平成２２年６月）「広域マルチラテレーションの基礎実験結果」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、WAM（Wide Area Multilateration）は、監視空域を飛行する全ての航空機を検出することが求められ、モードS機以外に、従来型のATCトランスポンダ搭載機（以下ATCRBS機という）から送信されるATCRBS応答信号を受信解読し相関、測位処理する必要がある。
【０００５】
ところが、ATCRBS機からの送信信号には、モードSアドレスに相当する航空機の機体固有に付与された識別情報が存在しないため、同一航空機から送信された信号のみを抽出することが一般に困難である。
【０００６】
本発明の目的は、如何なるタイプの航空機が監視領域内に侵入しても、同一の航空機から出力される応答信号のみを抽出し得る航空機監視システム及び航空機監視方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、航空機監視システムは、所定の監視領域内に進入する航空機の監視を行なう航空機監視システムを対象にし、複数の受信装置と、管理装置とを備えている。複数の受信装置は、航空機から出力される信号を受信する信号受信手段を有し、それぞれが地理的に離れた位置に設置される。管理装置は、複数の受信装置に対しネットワークを介して接続される。管理装置は、パターン情報生成手段と、記憶手段と、相関検出手段と、目標処理手段とを備えている。パターン情報生成手段は、複数の受信装置からそれぞれ出力される信号を受信し、これら複数の受信信号の集合をパターン情報として求める。記憶手段は、パターン情報生成手段の出力を記憶する。相関検出手段は、記憶手段に記憶されたパターン情報とパターン情報生成手段の出力とを航空機から信号が得られるごとに時間軸をずらして重ね比較して相関を取る。目標処理手段は、相関検出手段の検出結果から、監視領域内に存在する同一の航空機の応答信号のみを抽出する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態における航空機監視システムの全体構成を示す図。
【図２】本実施形態における複数の受信装置と管理センタとの接続構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態において、航空機（A）が搭載するATCトランスポンダからのモードA応答が各受信装置で受信された場合の応答列を時間軸上のTOAに対応させた模式的に示す図。
【図４】本実施形態において、TOAパターンの相関とパターンの追尾についての概念図。
【図５】本実施形態において、航空機(A)からの同一応答信号を各受信装置で受信したときの受信電力レベルPｎを時間軸上のTOAに対応させた模式的に示す図。
【図６】本実施形態の第１の変形例における航空機監視システムの全体構成を示す図。
【図７】本実施形態の第２の変形例における航空機監視システムの全体構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態における航空機監視システムの全体構成を示す図である。図１に示すように、管理センタ１０と複数の受信装置１２−１〜１２−５とによって構成され、互いにネットワークＮＷを介して接続されている。本実施形態における航空機監視システムは、各受信装置１２−１〜１２−５において、監視覆域に進入した航空機ＡＰから放射された電波を受信し、この受信電波の各受信装置１２−１〜１２−５への到達時間差をもとにして航空機ＡＰの位置の特定を行うマルチラテレーション測位を用いている。
【００１１】
図２は、受信装置１２−１〜１２−５と管理センタ１０との接続構成を示すブロック図である。ここでは、受信装置１２−１と管理センタ１０との接続構成を代表して説明する。受信装置１２−１には、時刻取得部２１と電波受信部２２とが設けられている。時刻取得部２１は、ＧＰＳ衛星（図示せず）からの電波を受信して、この受信信号から時刻情報を生成する。電波受信部２２は、航空機ＡＰからの応答信号を受信し、この応答信号に時刻取得部２１からの時刻情報を付加して管理センタ１０に出力する。また、電波受信部２２は、航空機ＡＰからの応答信号を受信したときの受信電力レベルを電力測定部２３により測定し、この測定結果を応答信号に付加して管理センタ１０に出力する。なお、受信装置１２−２〜１２−５も受信装置１２−１と同様に構成されている。
【００１２】
また、管理センタ１０は、パターンファイル生成部２４と、記憶部２５と、相関検出部２６と、目標処理部２７とを備えている。パターンファイル生成部２４は、複数の受信装置１２−１〜１２−５から時刻情報付き応答信号を受信し、２つの受信装置の組のそれぞれについて時刻情報に基づいて受信電波の到達時間差を算出する。そして、到達時間差の集合をパターンファイルとして記憶部２５に記憶するとともに、相関検出部２６に出力する。
【００１３】
相関検出部２６は、記憶部２５に記憶されたパターンファイルとパターンファイル生成部２４の出力との相関をとるもので、その相関検出結果は目標処理部２７に供給される。目標処理部２７は、相関検出結果から航空機ＡＰを判定し、航空機ＡＰからの応答信号のみを抽出する。
【００１４】
また、パターンファイル生成部２４は、複数の受信装置１２−１〜１２−５から受信電力レベル情報付き応答信号を受信し、これら受信信号の集合をパターンファイルとして記憶部２５に記憶する。
【００１５】
ところで、マルチラテレーションによる測位では、図１に示すように航空機ＡＰの搭載するATCトランスポンダから同一時刻に送信された1090MHzの送信信号を地上に設置した複数の受信装置１２−１〜１２−５にて受信し、それぞれの受信装置１２−１〜１２−５に当該航空機ＡＰのATCトランスポンダの送信信号が到達した時刻（TOA：Time Of Arrival）を測定し、TOAの差（TDOA：Time Difference Of Arrival）が一定となる双曲線をそれぞれ描き、その双曲線の交点から当該航空機の位置を計算する手法である。
【００１６】
この時に、同一の航空機ＡＰのATCトランスポンダの送信信号を抽出してTDOAの処理をすることが必要であり、従来はモードS機が送信する信号に含まれ、航空機1機毎に異なる「モードSアドレス」をキーとして、応答信号をデコードした応答データを相関処理にてグループ化して測位を行っている。
【００１７】
ところが、ATCRBS機の識別ではモードA応答（ID応答）とモードC応答（気圧高度応答）の2種類しか存在しない。また、モードA応答は4096通りあって同時に同じモードAコードを割り当てる運用は計器飛行の場合には原則として一部の例外を除き、行われない。
【００１８】
但し、有視界飛行の航空機の場合には、オクタル表示の4桁で示すモードAコードのうち下2桁を「00」として複数機に割り当てる「ファミリービーコンコード」と呼ばれるモードAコード（例：１２００、１４００）が存在するため同一のモードAコードを送信する複数のATCRBS機がWAMの監視覆域内に存在する場合があり、このような時には、同一航空機の応答だけを抽出することが困難になる。
【００１９】
そこで、本実施形態では、マルチラテレーション測位対象の航空機ＡＰと地上の複数の受信装置１２−１〜１２−５との相対的位置関係から生じるTOAを並べたパターン（同一航空機のATCトランスポンダから送信された同一の信号が地上に置かれた複数の受信装置１２−１〜１２−５に到達する絶対時刻のグループのパターン）と各受信装置１２−１〜１２−５で受信した応答信号の受信電力レベルのパターンを用いて、同一航空機ＡＰのATCトランスポンダの応答として、多くのATCトランスポンダの応答の受信信号の中から相関判定をして特定のATCRBS機の応答を抽出するようにしている。
【００２０】
次に、上記構成における動作について図３〜図５を参照して説明する。
【００２１】
図３には、航空機ＡＰ（A）が搭載するATCトランスポンダからのモードA応答が各受信装置１２−１〜１２−５で受信された場合の応答列を時間軸上のTOAに対応させて模式的に示したものである。同図の中で、楕円で囲った応答信号のグループを航空機ＡＰ（A）の当該位置におけるTOAのグループと呼ぶことにする。このTOAのグループにおける個々のTOAの差の集合の要素は、目標とする航空機ＡＰ（A）と地上に配置した複数の受信装置１２−１〜１２−５との相対関係で変化する性質がある。ある瞬間でのTOAの差の集合をパターンとして捉えることで、当該パターンに当てはまらないATCRBS応答を相関無しと判断して棄却することで、航空機ＡＰ（A）からの応答のみを抽出することが可能となる。
【００２２】
図４には、TOAパターンの相関とパターンの追尾についての概念図を示す。一般に目標とする航空機ＡＰは高速で移動するが、最初の航空機ＡＰ（A）からの応答を複数の受信装置１２−１〜１２−５で捉えたTOAのパターンと次回の航空機ＡＰ(A)からの応答を複数の受信装置１２−１〜１２−５で捉えたTOAのパターンは、非常に高い相関がある。これは応答信号の繰り返し周期が航空機ＡＰの移動速度に比べて小さいことによる。
【００２３】
すなわち、航空機ＡＰ（A）の応答信号を地上に置いた複数の受信装置１２−１〜１２−５で受信解読した応答信号のTOAグループのパターンを時系列で順次追跡すれば、航空機ＡＰ(A)の移動に伴うTOAグループのパターンの変化があっても当該航空機ＡＰの応答タイミング毎のパターンが予測できるため、パターン相関をとることで、航空機ＡＰ(A)のモードAコードの応答を継続して検出することが可能となる。
【００２４】
なお、この際には最初にモードAコードの相関をとることは言うまでもない。
【００２５】
図５には、航空機ＡＰ(A)からの同一応答信号を各受信装置１２−１〜１２−５で受信したときの受信電力レベルPｎを上記と同様にTOAと関連付けて時間軸上に並べたものである。航空機ＡＰ(A)の応答信号の各受信装置１２−１〜１２−５における受信電力レベルも航空機ＡＰ(A)と地上の受信装置１２−１〜１２−５との相対関係に対応して固有のパターンになる。
【００２６】
この特徴を用いて、TOAパターンに受信電力レベルのパターンも加えた新たなパターンプロファイルを作ることで航空機ＡＰ(A)が特定位置にあるときの航空機ＡＰ(A)からの応答を相関処理にて抽出する際に、精度を向上する追加要素となる。
【００２７】
またATCトランスポンダの応答がモードCコードの場合には、図３乃至図５はモードCコードと読みかえることで同様に検出ができる。
【００２８】
以上のように上記実施形態では、監視覆域内に設置された複数の受信装置１２−１〜１２−５からそれぞれ出力される時刻情報付きもしくは受信電力レベル付き受信信号の集合からパターンファイル生成部２４によりパターンファイルを生成して一旦記憶部２５に記憶しておき、相関検出部２６にて次に航空機ＡＰから得られる受信信号の集合となるパターンファイルとの相関比較を行い、時間軸をずらして重ね合わせることにより、同じパターンになる箇所が最大の相関となり、同一の航空機が移動したことになり、これによりパターンに入らないＡＴＣＲＢＳ応答を棄却して、同一の航空機ＡＰからの応答信号のみを抽出できる。
【００２９】
（第１の変形例）  
第１の変形例は、同じモードAコードを送信する航空機の応答信号に、各応答信号の到来方位の情報を付加することで、WAMの監視覆域内で飛行する複数の航空機をそのアジマス方向の相違を用いて分離することを可能とする例である。
【００３０】
上記実施形態は、一般的なマルチラテレーションシステムで使用される全方位への指向性を持った空中線の使用を前提としているが、図６（ａ）に示すように、中央に位置する空中線をセクタ方向に指向性を持った空中線の組合せ（セクタ分割型空中線）で構成した全方位特性を持った空中線３１を使用し、図６（ｂ）に示すように内部的には指向性を持った受信系を形成するようすることで、TGTの概略の方位情報を付加できるようにした地上受信システムを構成することで飛行位置の異なるファミリービーコンコードを持つ航空機の分離識別を容易にすることができる。
【００３１】
（第２の変形例）  
第２の変形例は、TACトランスポンダの応答信号の送信周波数の個体差を用いることで、同じモードAコードを送信する複数の航空機ＡＰ−１、ＡＰ−２を分離する方法である。
【００３２】
図７は、第２の変形例を示す概略構成図である。これはATCトランスポンダの送信周波数が国際民間航空機関の許容する範囲（1090MHz±3MHｚ）内で航空機毎に異なる性質を利用する。各受信装置１２−１〜１２−５では、各ATCBRSトランスポンダの応答周波数を測定し、応答データとともにトランスポンダの送信周波数情報を付与した応答データセットを生成し、管理センタ１０に送信する。管理センタ１０は、上記グループ化する際の相関条件として使用することで、グループ化の成功率を高める改善方法も更に有効である。
【００３３】
以上のように上記第２の変形例によれば、受信装置１２−１〜１２−５にはトランスポンダの１応答毎にその搬送波周波数を高精度で測定する機能を付加する必要があるが、分離識別する性能は飛躍的に向上する。
【００３４】
なお、トランスポンダ応答信号の搬送波の周波数が同じ場合も、第１の変形例との併用によって、より分離性能を向上することが可能となる。
【００３５】
（その他の実施形態）  
上記第１の変形例において、同じセクタ空中線の同じセクタ内に存在する複数航空機の分離をする場合には、第２の変形例と併用することで更に分離性能を向上することが可能となる。
【００３６】
上記実施形態で説明した個々の処理は、コンピュータプログラムによってソフトウェア処理することが可能である。
【００３７】
その他、上記各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。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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０…管理センタ、１２−１〜１２−５…受信装置、２１…時刻取得部、２２…電波受信部、２３…電力測定部、２４…パターンファイル生成部、２５…記憶部、２６…相関検出部、２７…目標処理部、ＡＰ…航空機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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