(57)【要約】【課題】受信局の配置の柔軟性と妨害に対する抗堪性を持って、航空機の位置を測定する。【解決手段】受信局１１および受信局１２は、航空機１および基準局１０からモードＳ信号を受信し、それぞれ受信した時刻を示す時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。受信局１１および受信局１２は、基準局１０からのモードＳ信号が示す時刻と時刻同期する。受信局１３は、航空機１からモードＳ信号を受信し、受信した時刻を示す時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。また、受信局１２および受信局１３は、ＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信し、受信した時刻を示す時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。受信局１３は、ＧＰＳ衛星２からのＧＰＳ信号が示す時刻と時刻同期する。中央局１４は、受信局１２から受け取った時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局からの時刻カウンタ情報を補正し、航空機１の位置を測定する。【選択図】図１
2013200282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準局から定められたタイミングで送信されるそのタイミングの基準時刻の信号、および、航空機から送信されるそれ自身の識別情報を含む信号を受信し、前記基準局と時刻同期する第１受信局と、
少なくとも前記基準局およびＧＰＳ衛星からの信号を受信し、前記基準局または前記ＧＰＳ衛星と時刻同期する第２受信局と、
前記ＧＰＳ衛星および前記航空機からの信号を受信し、前記ＧＰＳ衛星と時刻同期する第３受信局と、
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局と通信可能な中央局と、
を備え、
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局のそれぞれは、
各信号を受信した時刻を示す情報と該受信局を識別する情報を含む時刻カウンタ情報を前記中央局に送信し、
前記中央局は、
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局から、前記時刻カウンタ情報を受信する受信部と、
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局の位置を示す受信局位置情報を記憶する記憶部と、
前記第２受信局からの前記時刻カウンタ情報が示す前記基準局および前記ＧＰＳ衛星からの信号を受信した時刻の差で補正した前記時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局が前記航空機からの同じ前記識別情報を含む信号を受信した時間差を算出する時間差算出部と、
前記時間差算出部が算出した前記時間差および前記記憶部が記憶する前記受信局位置情報に基づいて、前記航空機の位置を測定する航空機位置測定部と、
を有する航空機位置測定システム。
【請求項２】
前記時間差算出部は、
前記基準局と時刻同期する前記受信局から受信した前記時刻カウンタ情報を優先的に用い、所定の数に足りない場合、前記ＧＰＳ衛星と時刻同期する前記受信局から受信した前記時刻カウンタ情報を用いて前記時間差を算出する
請求項１に記載の航空機位置測定システム。
【請求項３】
前記時間差算出部は、
前記第１受信局および前記第２受信局が前記基準局からの信号を受信できない場合、前記第２受信局が前記ＧＰＳ衛星および前記航空機からの信号を受信した時刻を示す前記時刻カウンタ情報、および／または、前記第３受信局からの前記時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局が前記航空機からの同じ前記識別情報を含む信号を受信した時間差を算出し、
前記第２受信局および前記第３受信局が前記ＧＰＳ衛星からの信号を受信できない場合、前記第２受信局が前記基準局および前記航空機からの信号を受信した時刻を示す前記時刻カウンタ情報、および／または、前記第１受信局からの前記時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局が前記航空機からの同じ前記識別情報を含む信号を受信した時間差を算出する
請求項１または２に記載の航空機位置測定システム。
【請求項４】
基準局から定められたタイミングで送信されるそのタイミングの基準時刻の信号、および、航空機から送信されるそれ自身の識別情報を含む信号を受信し、前記基準局と時刻同期する第１受信局と、少なくとも前記基準局およびＧＰＳ衛星からの信号を受信し、前記基準局または前記ＧＰＳ衛星と時刻同期する第２受信局と、前記ＧＰＳ衛星からの信号および前記航空機からの信号を受信し、前記ＧＰＳ衛星と時刻同期する第３受信局と、通信可能な中央局であって、
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局から、各信号を受信した時刻を示す情報と該受信局を識別する情報を含む時刻カウンタ情報を受信する受信部と、
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局の位置を示す位置情報を記憶する記憶部と、
前記第２受信局からの前記時刻カウンタ情報が示す前記基準局および前記ＧＰＳ衛星からの信号を受信した時刻の差で補正した前記時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局が前記航空機からの同じ前記識別情報を含む信号を受信した時間差を算出する時間差算出部と、
前記時間差算出部が算出した前記時間差および前記記憶部が記憶する前記位置情報に基づいて、前記航空機の位置を測定する航空機位置測定部と、
を備える中央局。
【請求項５】
前記時間差算出部は、
前記基準局と時刻同期する前記受信局から受信した前記時刻カウンタ情報を優先的に用い、所定の数に足りない場合、前記ＧＰＳ衛星と時刻同期する前記受信局から受信した前記時刻カウンタ情報を用いて前記時間差を算出する
請求項４に記載の中央局。
【請求項６】
前記時間差算出部は、
前記第１受信局および前記第２受信局が前記基準局からの信号を受信できない場合、前記第２受信局が前記ＧＰＳ衛星および前記航空機からの信号を受信した時刻を示す前記時刻カウンタ情報、および／または、前記第３受信局からの前記時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局が前記航空機からの同じ前記識別情報を含む信号を受信した時間差を算出し、
前記第２受信局および前記第３受信局が前記ＧＰＳ衛星からの信号を受信できない場合、前記第２受信局が前記基準局および前記航空機からの信号を受信した時刻を示す前記時刻カウンタ情報、および／または、前記第１受信局からの前記時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局が前記航空機からの同じ前記識別情報を含む信号を受信した時間差を算出する
請求項４または５に記載の中央局。
【請求項７】
基準局と時刻同期する第１受信局と、前記基準局と時刻同期する第２受信局と、が実行する
前記基準局から定められたタイミングで送信されるそのタイミングの基準時刻の信号を受信するステップと、
前記基準局からの信号を受信した時刻を示す情報と該受信局を識別する情報を含む時刻カウンタ情報を中央局に送信するステップと、
前記第２受信局と、ＧＰＳ衛星と時刻同期する第３受信局と、が実行する
前記ＧＰＳ衛星からの信号を受信するステップと、
前記ＧＰＳ衛星からの信号を受信した時刻を示す情報と該受信局を識別する情報を含む時刻カウンタ情報を前記中央局に送信するステップと、
前記第１受信局および前記第３受信局が実行する
前記航空機から送信されるそれ自身の識別情報を含む信号を受信するステップと、
前記航空機からの信号を受信した時刻を示す情報と該受信局を識別する情報を含む時刻カウンタ情報を前記中央局に送信するステップと、
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局と通信可能な中央局が実行する
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局から、前記時刻カウンタ情報を受信する受信ステップと、
前記第２受信局からの前記時刻カウンタ情報が示す前記基準局および前記ＧＰＳ衛星からの信号を受信した時刻の差で補正した前記時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局が前記航空機からの同じ前記識別情報を含む信号を受信した時間差を算出する時間差算出ステップと、
前記時間差算出ステップで算出した前記時間差および記憶部が記憶する前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局の位置を示す位置情報に基づいて、前記航空機の位置を測定する航空機位置測定ステップと、
を備える航空機位置測定方法。
【請求項８】
基準局から定められたタイミングで送信されるそのタイミングの基準時刻の信号、および、航空機から送信されるそれ自身の識別情報を含む信号を受信し、前記基準局と時刻同期する第１受信局と、少なくとも前記基準局およびＧＰＳ衛星からの信号を受信し、前記基準局または前記ＧＰＳ衛星と時刻同期する第２受信局と、前記ＧＰＳ衛星からの信号および前記航空機からの信号を受信し、前記ＧＰＳ衛星と時刻同期する第３受信局と、通信可能なコンピュータを、
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局から、各信号を受信した時刻を示す情報と該受信局を識別する情報を含む時刻カウンタ情報を受信する受信部、
前記第１受信局、前記第２受信局および前記第３受信局の位置を示す位置情報を記憶する記憶部、
前記第２受信局からの前記時刻カウンタ情報が示す前記基準局および前記ＧＰＳ衛星からの信号を受信した時刻の差で補正した前記時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局が前記航空機からの同じ前記識別情報を含む信号を受信した時間差を算出する時間差算出部、および、
前記時間差算出部が算出した前記時間差および前記記憶部が記憶する前記位置情報に基づいて、前記航空機の位置を測定する航空機位置測定部、
として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の位置を測定する航空機位置測定システム、中央局、航空機位置測定方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空港面内の航空機等を監視するシステムとして、マルチラテレーションシステムがある。マルチラテレーションシステムは、航空機のトランスポンダから送信される信号（モードＳ信号）を複数の受信局で受信して、受信時刻の差から航空機等の位置を測定する監視システムである。このようなマルチラテレーションシステムでは、複数の受信局間の時刻同期が重要である。
【０００３】
非特許文献１に記載されているように、マルチラテレーションにおける受信局間の時刻同期には、既知の位置（基準局）から送信する時刻同期用のモードＳ信号を連続的にモニタすることで時刻同期を行うトランスポンダ（基準局）方式、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から到来する信号に基づき受信局間の時刻を同期させるＧＰＳ方式などがある。
【０００４】
特許文献１には、空港面探知レーダのブラインドエリア内の目標探知の補完をマルチラテレーションにより行う技術が開示されている。特許文献２には、ＧＰＳ時刻同期方式で時刻同期を行う航空機位置測定システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３３４２７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３０４４８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】電子航法研究所研究発表会（第１１回平成２３年６月）６．空港面監視用マルチラテレーションについて
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に記載されているトランスポンダ方式の時刻同期では、基準局と各受信局間でモードＳ信号の見通し（LOS:Line of Sight）を確保する必要がある。航空路を航行する航空機を監視するために受信局を広範囲に配置した場合、地形や建物によって各受信局と基準局との見通しを確保することが困難であった。
【０００８】
一方、特許文献２に記載されているようなＧＰＳ時刻同期方式では、時刻同期をＧＰＳに完全に依存するために、ＧＰＳ妨害が行われた際は受信局間の時刻同期が困難になる。また、航空機の位置測定の精度は時刻同期の精度と相関関係にあり、時刻同期の精度はＧＰＳ衛星の数に依存するため、ＧＰＳ衛星の数が減少した場合に航空機の位置測定の精度が劣化するといった課題があった。
【０００９】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、マルチラテレーションにおける時刻同期を、基準局方式とＧＰＳ時刻同期方式とを併用可能にすることで、受信局の配置の柔軟性と妨害に対する抗堪性を持つ航空機位置測定システム、中央局、航空機位置測定方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る航空機位置測定システムは、基準局から定められたタイミングで送信されるそのタイミングの基準時刻の信号、および、航空機から送信されるそれ自身の識別情報を含む信号を受信し、基準局と時刻同期する第１受信局と、少なくとも基準局およびＧＰＳ衛星からの信号を受信し、基準局またはＧＰＳ衛星と時刻同期する第２受信局と、ＧＰＳ衛星および航空機からの信号を受信し、ＧＰＳ衛星と時刻同期する第３受信局と、第１受信局、第２受信局および第３受信局と通信可能な中央局と、を備える。第１受信局、第２受信局および第３受信局のそれぞれは、各信号を受信した時刻を示す情報と該受信局を識別する情報を含む時刻カウンタ情報を中央局に送信する。中央局は、第１受信局、第２受信局および第３受信局から、時刻カウンタ情報を受信する受信部と、第１受信局、第２受信局および第３受信局の位置を示す受信局位置情報を記憶する記憶部と、第２受信局からの時刻カウンタ情報が示す基準局およびＧＰＳ衛星からの信号を受信した時刻の差で補正した時刻カウンタ情報に基づいて、各受信局が航空機からの同じ識別情報を含む信号を受信した時間差を算出する時間差算出部と、時間差算出部が算出した時間差および記憶部が記憶する受信局位置情報に基づいて、航空機の位置を測定する航空機位置測定部と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マルチラテレーションにおける時刻同期を、基準局方式とＧＰＳ時刻同期方式とを併用可能にすることで、受信局の配置の柔軟性と妨害に対する抗堪性を持って、航空機の位置を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る航空機位置測定システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る基準局から信号受信可能でＧＰＳ衛星から信号受信不可能な受信局の機能構成例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態に係る基準局から信号受信可能で、かつ、ＧＰＳ衛星から信号受信可能な受信局の機能構成例を示すブロック図である。
【図４】実施の形態に係るＧＰＳ衛星から信号受信可能で基準局から信号受信不可能な受信局の機能構成例を示すブロック図である。
【図５】実施の形態に係る中央局の機能構成例を示すブロック図である。
【図６】実施の形態に係る時間差算出処理の一例を説明する図である。
【図７】実施の形態に係る航空機位置測定処理の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る中央局装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一または相当する部分には同じ符号を付す。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る航空機位置測定システムの構成例を示すブロック図である。実施の形態の航空機位置測定システム１００は、基準局１０と、航空機１と、ＧＰＳ衛星２と、受信局１１ａおよび１１ｂと、受信局１２と、受信局１３ａおよび１３ｂと、中央局１４とで構成されている。基準局１０、航空機１およびＧＰＳ衛星２は、それぞれ代表して１つ記載しているが、複数の場合がある。
【００１５】
受信局１１ａおよび１１ｂは、ＧＰＳ機能を備えておらず、基準局１０と見通しがある場所に設置されている。受信局１１ａおよび１１ｂは、ＧＰＳ衛星２からのＧＰＳ信号を受信不可能であるが、基準局１０からのモードＳ信号を受信可能である。このような受信局を以下、受信局１１と総称する。
【００１６】
受信局１１は、航空機１からモードＳ信号を受信し、航空機１のモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタを示す情報と該受信局を識別する情報を含む時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。航空機１からのモードＳ信号は、それ自身の識別情報を含む。受信局１１は、基準局１０からモードＳ信号を受信し、基準局１０のモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタと該受信局を識別する情報とを含む時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。受信局１１は、基準局１０からのモードＳ信号が示す基準時刻と同期する。
【００１７】
受信局１２は、ＧＰＳ機能を備えており、基準局１０と見通しがある場所に設置されている。受信局１２は、ＧＰＳ衛星２からのＧＰＳ信号を受信可能であって、かつ、基準局１０からのモードＳ信号を受信可能である。
【００１８】
受信局１２は、航空機１からモードＳ信号を受信し、航空機１のモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタと該受信局を識別する情報とを含む時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。受信局１２は、基準局１０からモードＳ信号を受信し、基準局１０のモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタと該受信局を識別する情報とを含む時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。また、受信局１２は、ＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタと該受信局を識別する情報とを含む時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。受信局１２は、基準局１０からのモードＳ信号が示す基準時刻、または、ＧＰＳ衛星２からのＧＰＳ信号が示す時刻と同期する。本実施の形態では、受信局１２は、ＧＰＳ衛星２より精度の高い基準局１０と時刻同期する。
【００１９】
受信局１３ａおよび１３ｂは、ＧＰＳ機能を備えており、基準局１０と見通しがない場所に設置されている。受信局１３ａおよび１３ｂは、ＧＰＳ衛星２からのＧＰＳ信号を受信可能であるが、基準局１０からのモードＳ信号を受信不可能である。このような受信局を以下、受信局１３と総称する。
【００２０】
受信局１３は、航空機１からモードＳ信号を受信し、航空機１のモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタと該受信局を識別する情報とを含む時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。受信局１３は、ＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタと該受信局を識別する情報とを含む時刻カウンタ情報を中央局１４に送信する。受信局１３は、ＧＰＳ衛星２からのＧＰＳ信号が示す時刻と同期する。
【００２１】
中央局１４は、各受信局から受け取った時刻カウンタ情報に基づいて、航空機１の位置を測定する。
【００２２】
航空機位置測定システム１００は、航空機１から送信されるモードＳ信号を複数の受信局で受信して、受信時刻の差から航空機１の位置を測定するマルチラテレーションシステムである。航空機１の高度を含む位置を測定する場合、全部で４つ以上の受信局が必要である。航空機位置測定システム１００は、４つ以上の受信局のうち、受信局１１、受信局１２および受信局１３をそれぞれ少なくとも１つ備える。
【００２３】
図２は、実施の形態に係る基準局から信号受信可能でＧＰＳ衛星から信号受信不可能な受信局の機能構成例を示すブロック図である。基準局１０からモードＳ信号を受信可能で、ＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信不可能な受信局１１は、アンテナ１１１、モードＳ信号受信部１１２、時刻カウンタ付与部１１３および情報送出部１１４を備える。
【００２４】
モードＳ信号受信部１１２は、アンテナ１１１を介して航空機１または基準局１０からのモードＳ信号を受信する。また、基準局１０からのモードＳ信号に基づいて、基準局１０の基準時刻と時刻カウンタ付与部１１３の時刻とを同期する。
【００２５】
時刻カウンタ付与部１１３は、計時しており、５００ＭＨｚのクロックを用い、２ナノ秒単位で、基準局１０からモードＳ信号を受信した時刻、および、航空機１からモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタを、該受信局を識別する情報に付与して時刻カウンタ情報を生成する。
【００２６】
情報送出部１１４は、時刻カウンタ情報を中央局１４へ出力する。
【００２７】
図３は、実施の形態に係る基準局から信号受信可能で、かつ、ＧＰＳ衛星から信号受信可能な受信局の機能構成例を示すブロック図である。基準局１０からモードＳ信号を受信可能で、かつ、ＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信可能な受信局１２は、アンテナ１２１、モードＳ信号受信部１２２、時刻カウンタ付与部１２３、情報送出部１２４、アンテナ１２５およびＧＰＳ信号受信部１２６を備える。
【００２８】
アンテナ１２１、モードＳ信号受信部１２２および情報送出部１２４は、アンテナ１１１、モードＳ信号受信部１１２および情報送出部１１４と同様である。
【００２９】
ＧＰＳ信号受信部１２６は、アンテナ１２５を介してＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信する。
【００３０】
時刻カウンタ付与部１２３は、計時しており、５００ＭＨｚのクロックを用い、２ナノ秒単位で、基準局１０からモードＳ信号を受信した時刻、航空機１からモードＳ信号を受信した時刻およびＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタを、該受信局を識別する情報に付与して時刻カウンタ情報を生成する。
【００３１】
図４は、実施の形態に係るＧＰＳ衛星から信号受信可能で基準局から信号受信不可能な受信局の機能構成例を示すブロック図である。ＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信可能で基準局１０からモードＳ信号を受信不可能な受信局１３は、アンテナ１３１、モードＳ信号受信部１３２、時刻カウンタ付与部１３３、情報送出部１３４、アンテナ１３５およびＧＰＳ信号受信部１３６を備える。
【００３２】
モードＳ信号受信部１３２は、アンテナ１３１を介して航空機１からのモードＳ信号を受信する。
【００３３】
情報送出部１３４は、情報送出部１１４と同様である。
【００３４】
ＧＰＳ信号受信部１３６は、ＧＰＳ信号受信部１２６の構成に加え、ＧＰＳ信号から１ＰＰＳ信号を出力し、１ＰＰＳ信号に基づいて、ＧＰＳ衛星２の時刻と時刻カウンタ付与部１３３の時刻とを同期する。
【００３５】
時刻カウンタ付与部１３３は、計時しており、５００ＭＨｚのクロックを用い、２ナノ秒単位で、航空機１からモードＳ信号を受信した時刻およびＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタを、該受信局を識別する情報に付与して時刻カウンタ情報を生成する。
【００３６】
図５は、実施の形態に係る中央局の機能構成例を示すブロック図である。中央局１４は、時刻カウンタ情報受信部１４１、時間差算出部１４２と、航空機位置測定部１４３と、記憶部１４４とを備える。
【００３７】
時刻カウンタ情報受信部１４１は、各受信局から時刻カウンタ情報を受信する。時刻カウンタ情報受信部１４１は、各受信局から受信した、基準局１０からモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、ＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、を記憶部１４４に記憶させる。
【００３８】
時間差算出部１４２は、記憶部１４４が記憶する基準局１０および各受信局の位置情報と、基準局１０が送信するモードＳ信号の速度を示す速度情報と、時刻カウンタ情報受信部１４１が受信した所定の数の受信局の時刻カウンタ情報とに基づいて、航空機１からの同じ識別情報を含むモードＳ信号を各受信局が受信した時間差を算出する時間差算出処理を行う。
【００３９】
本実施の形態では、時間差算出部１４２は、４つの受信局の時刻カウンタ情報を用いる。このとき、時刻同期の精度の高い受信局からの時刻カウンタ情報を優先的に用いるとよい。本実施の形態では、たとえば、基準局１０と時刻同期している受信局１１および受信局１２の時刻カウンタ情報を優先的に用い、４つに満たないので、受信局１３のいずれか１つの時刻カウンタ情報を用いる。時間差算出部１４２は、４つの受信局の時刻カウンタ情報に、受信局１１からの時刻カウンタ情報と受信局１３からの時刻カウンタ情報を併せて用いる場合には、必ず１つ以上の受信局１２からの時刻カウンタ情報を含む。
【００４０】
また、受信局１１および受信局１２が基準局１０からモードＳ信号を受信できない場合には、時間差算出部１４２は、受信局１２の時刻カウンタ情報（基準局１０からのモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報以外）および／または受信局１３の時刻カウンタ情報を用いて、航空機１からの同じ識別情報を含むモードＳ信号を各受信局が受信した時間差を算出する。一方、受信局１２および受信局１４３がＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信できない場合には、時間差算出部１４２は、受信局１２の時刻カウンタ情報（ＧＰＳ衛星２からのＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報以外）および／または受信局１１の時刻カウンタ情報を用いて、航空機１からの同じ識別情報を含むモードＳ信号を各受信局が受信した時間差を算出する。
【００４１】
航空機位置測定部１４３は、記憶部１４４が記憶する各受信局の位置情報と、時間差算出部１４２が算出した時間差とに基づき、航空機１の位置を測定する航空機位置測定処理を行う。航空機位置測定部１４３は、測定した航空機１の位置を示す測定情報を、記憶部１４４に記憶させてもよいし、中央局１４が表示部を備える場合には、表示部に表示させてもよい。
【００４２】
なお、時間差算出部１４２は、すべての受信局の時刻カウンタ情報から、航空機１からの同じ識別情報を含むモードＳ信号を各受信局が受信した時間差を算出してもよい。この場合、航空機位置測定部１４３は、時間差算出部１４２が算出した時間差から所定の数（本実施の形態では４つ）の時間差を選択し、これを用いて航空機１の位置を測定する。このとき、時刻同期の精度の高い受信局からの時刻カウンタ情報の時間差を優先的に選択するとよい。
【００４３】
記憶部１４４は、記憶部１４４が記憶する基準局１０および各受信局の位置情報を記憶する。また、記憶部１４４は、基準局１０が送信するモードＳ信号の速度を示す速度情報を記憶する。さらに、記憶部１４４は、各受信局が基準局１０からモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、各受信局がＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、を記憶する。
【００４４】
なお、時刻カウンタ情報受信部１４１は、各受信局から受信した、基準局１０からモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、ＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、を記憶部１４４に上書き記憶させてもよい。この場合、記憶部１４４には、各受信局が直近に基準局１０からモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、各受信局が直近にＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、だけを記憶する。
【００４５】
以下、時間差算出部１４２が実行する時間差算出処理ついて説明する。
【００４６】
図６は、実施の形態に係る時間差算出処理の一例を説明する図である。
【００４７】
●は、受信局１１および受信局１２において、基準局１０からモードＳ信号を受信した時刻を表す。○は、受信局１２および受信局１３において、ＧＰＳ衛星２からＧＰＳ信号を受信した時刻を表す。◎は、受信局１１、受信局１２および受信局１３において、航空機１から同じ識別情報を含むモードＳ信号を受信した時刻を示す。矢印は、時間経過を表す。Ｃ１〜Ｃ９はそれぞれの時刻で付与された時刻カウンタである。
【００４８】
受信局１１および受信局１２は、基準局１０から定期的にモードＳ信号を受信する。受信局１２および受信局１３は、ＧＰＳ衛星２から定期的にＧＰＳ信号を受信する。
【００４９】
受信局１１および受信局１２が基準局１０からのモードＳ信号を受信した時間差δ［ナノ秒］は、基準局１０と受信局１１との距離差Ｄ１［ｍ］と、基準局１０と受信局１２との距離差Ｄ２［ｍ］と、モードＳ信号の速度ｃ［ｍ／ナノ秒］と、を用いて、以下の数式で表される。
【００５０】
δ＝｜Ｄ１−Ｄ２｜／ｃ
【００５１】
なお、距離差Ｄ、距離差Ｄ２１およびモードＳ信号の速度ｃは既知であるので、記憶部１４４があらかじめ時間差δを記憶しておいてもよい。
【００５２】
受信局１１および受信局１２が航空機１からのモードＳ信号を受信した時間差Ｔ１［ナノ秒］は、航空機１からのモードＳ信号を受信した際に付与された時刻カウンタＣ２およびＣ５と、その直前の基準局１０からのモードＳ信号を受信した際に付与された時刻カウンタＣ１およびＣ４と、時間差δと、を用いて、以下の数式で表される。
【００５３】
Ｔ１＝（Ｃ５−Ｃ４）×２−（Ｃ２−Ｃ１）×２−δ
【００５４】
時刻カウンタの差に２を乗算しているのは、時刻カウンタが２ナノ秒単位で付与されているためである。
【００５５】
受信局１２および受信局１３が航空機１からのモードＳ信号を受信した時間差Ｔ２［ナノ秒］は、航空機１からのモードＳ信号を受信した際に付与された時刻カウンタＣ５およびＣ７と、その直前のＧＰＳ信号を受信した際に付与された時刻カウンタＣ３およびＣ６と、を用いて、以下の数式で表される。
【００５６】
Ｔ２＝（Ｃ７−Ｃ６）×２−（Ｃ５−Ｃ３）×２
【００５７】
受信局１１および受信局１３が航空機１からのモードＳ信号を受信した時間差Ｔ３［ナノ秒］は、時間差Ｔ１および時間差Ｔ２を用いて、以下の数式で表される。
【００５８】
Ｔ３＝Ｔ１＋Ｔ２
【００５９】
このように、受信局１２が基準局１０のモードＳ信号を受信した時刻とＧＰＳ衛星２からのＧＰＳ信号を受信した時刻とを用いて計算することにより、各受信局の時刻が補正される。
【００６０】
なお、時間差算出部１４２は、受信局１２が基準局１０のモードＳ信号を受信した時刻とＧＰＳ衛星２からのＧＰＳ信号を受信した時刻とに基づいて、基準局１０の基準時刻とＧＰＳ衛星２の時刻との時間差を算出してもよい。この場合、時間差算出部１４２は、基準局１０の基準時刻とＧＰＳ衛星２の時刻との時間差に基づいて、各受信局の時刻を補正して、各受信局で航空機１からの同じ識別情報を含むモードＳ信号を受信した時刻の時間差を算出する。受信局１２は、少なくとも基準局１０およびＧＰＳ衛星２から各信号を受信し、受信した時刻を示す時刻カウンタ情報を中央局１４に送信すればよい。
【００６１】
航空機位置測定部１４３は、記憶部１４４が記憶する各受信局の位置情報と、時間差算出部１４２が算出した各受信局で各信号を受信した時刻の時間差とに基づいて、航空機１の位置を測定する。航空機位置測定部１４３は、各受信局で航空機１からのモードＳ信号を受信した時刻の時間差を、各受信局と航空機１との距離差に変換して、距離差が一定である条件からなる双曲線同士の交点を求めることで、航空機１の位置を算出する。
【００６２】
図７は、実施の形態に係る時間差算出処理および航空機位置測定処理の動作の一例を示すフローチャートである。時刻カウンタ情報受信部１４１は、各受信局から、航空機１のモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報を受信しない場合（ステップＳ１１；ＮＯ）、ステップＳ１１を繰り返す。
【００６３】
時刻カウンタ情報受信部１４１が、各受信局から、航空機１のモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報を受信すると（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、時間差算出部１４２は、記憶部１４４が記憶する基準局１０および各受信局の位置情報と、各受信局が直近に基準局１０のモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、各受信局が直近にＧＰＳ衛星２のＧＰＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報と、時刻カウンタ情報受信部１４１が受信した各受信局が航空機１のモードＳ信号を受信した時刻を示す時刻カウンタ情報とに基づいて、各受信局で航空機１のモードＳ信号を受信した時間差を算出する（ステップＳ１２）。航空機位置測定部１４３は、記憶部１４４が記憶する各受信局の位置情報と、時間差算出部１４２が算出した時間差とに基づき、航空機１の位置を測定し（ステップＳ１３）、処理を終了する。
【００６４】
以上説明したように本実施の形態の航空機位置測定システム１００によれば、受信局間の時刻同期に基準局方式とＧＰＳ方式を併用できるため、受信局１１〜１３の配置の柔軟性と妨害に対する抗堪性を持って、航空機１の位置を測定することが可能となる。基準局１０との見通しの取れない場所にＧＰＳ機能を有する受信局を設置し、基準局１０との見通しが取れる場所にはＧＰＳ機能を有しない受信局を設置することにより、広範囲に受信局を設置可能となり、かつ、ＧＰＳ機能を備える受信局の設置数量を削減してコストを低減することができる。また、２つの時刻同期方式を併用することで一方の時刻同期方式に障害が発生した場合でもシステムの運用を継続することが期待できる。
【００６５】
図８は、本発明の実施の形態に係る中央局のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。中央局１４は、図８に示すように、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５および送受信部３６を備える。主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５および送受信部３６はいずれも内部バス３０を介して制御部３１に接続されている。
【００６６】
制御部３１はＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、外部記憶部３３に記憶されている制御プログラム３９に従って、中央局１４の時刻カウンタ情報受信部１４１、時間差算出部１４２および航空機位置測定部１４３の各処理を実行する。
【００６７】
主記憶部３２はＲＡＭ（Random-Access Memory）等から構成され、外部記憶部３３に記憶されている制御プログラム３９をロードし、制御部３１の作業領域として用いられる。
【００６８】
外部記憶部３３は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random-Access Memory）、ＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc ReWritable）等の不揮発性メモリから構成され、中央局１４の処理を制御部３１に行わせるためのプログラムをあらかじめ記憶し、また、制御部３１の指示に従って、このプログラムが記憶するデータを制御部３１に供給し、制御部３１から供給されたデータを記憶する。記憶部１４４は、外部記憶部３３に構成される。
【００６９】
操作部３４はキーボードおよびマウスなどのポインティングデバイス等と、キーボードおよびポインティングデバイス等を内部バス３０に接続するインタフェース装置から構成されている。ユーザが中央局１４に直接情報を入力する場合は、操作部３４を介して、入力された情報が制御部３１に供給される。
【００７０】
表示部３５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）またはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから構成され、航空機１の位置を示す測定情報を表示する。また、ユーザが中央局１４に直接情報を入力する場合は、操作画面を表示する。
【００７１】
送受信部３６は、ネットワークに接続する網終端装置または無線通信装置、およびそれらと接続するシリアルインタフェースまたはＬＡＮ（Local Area Network）インタフェースから構成されている。送受信部３６は、ネットワークを介して、受信局１１〜１３と接続する。送受信部３６は、時刻カウンタ情報受信部１４１として機能する。
【００７２】
図５に示す中央局１４の時刻カウンタ情報受信部１４１、時間差算出部１４２および航空機位置測定部１４３の処理は、制御プログラム３９が、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５および送受信部３６などを資源として用いて処理することによって実行する。
【００７３】
その他、前記のハードウェア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。
【００７４】
制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５、送受信部３６、内部バス３０などから構成される中央局１４の処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する中央局１４を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで中央局１４を構成してもよい。
【００７５】
また、中央局１４の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。
【００７６】
また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS, Bulletin Board System）に前記コンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介して前記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１  航空機
２  ＧＰＳ衛星
１０  基準局
１１a、１１ｂ  受信局
１２  受信局
１３a、１３ｂ  受信局
３１  制御部
３２  主記憶部
３３  外部記憶部
３４  操作部
３５  表示部
３６  送受信部
３９  制御プログラム
１００  航空機位置測定システム
１１１  アンテナ
１１２  モードＳ信号受信部
１１３  時刻カウンタ付与部
１１４  情報送出部
１２１  アンテナ
１２２  モードＳ信号受信部
１２３  時刻カウンタ付与部
１２４  情報送出部
１２５  アンテナ
１２６  ＧＰＳ信号受信部
１３１  アンテナ
１３２  モードＳ信号受信部
１３３  時刻カウンタ付与部
１３４  情報送出部
１３５  アンテナ
１３６  ＧＰＳ信号受信部
１４１  時刻カウンタ情報受信部
１４２  時間差算出部
１４３  航空機位置測定部
１４４  記憶部
【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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【図８】
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