(57)【要約】【課題】航空機から送信された信号の反射信号を利用して航空機の飛行を監視する。【解決手段】位置特定システムは、複数の距離測定装置と位置特定装置とを備える。各距離測定装置の送信手段は、信号を送信する。各距離測定装置の相関処理手段は、送信手段が送信した信号が航空機に反射した反射信号を受信し、送信手段からの信号の送信時刻と当該信号が反射した反射信号の受信時刻との相関を求める。位置特定装置の入力手段は、複数の距離測定装置から相関結果を入力する。位置特定装置の特定手段は、入力手段が入力した相関結果から求められる各距離測定装置と航空機との距離を利用して当該航空機の位置を特定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる場所に設置され、航空機からの質問に対して応答信号を送信する複数の距離測定装置と、複数の距離測定装置からの信号の受信結果を利用して航空機の位置を特定する位置特定装置とを有する位置特定システムであって、
各距離測定装置は、
信号を送信する送信手段と、
前記送信手段が送信した信号が航空機に反射した反射信号を受信し、前記送信手段からの信号の送信時刻と当該信号が反射した反射信号の受信時刻との相関を求める相関処理手段とを備え、
前記位置特定装置は、
前記複数の距離測定装置から相関結果を入力する入力手段と、
前記入力手段が入力した相関結果から求められる各距離測定装置と航空機との距離を利用して当該航空機の位置を特定する特定手段とを備える、
ことを特徴とする位置特定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、距離測定装置から送信されて航空機で反射した反射信号を受信して航空機の位置を特定する位置特定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機が位置を特定するための装置として、距離測定装置（DME：Distance Measuring Equipment）が利用されることがある。距離測定装置を利用する場合、航空機は、所定の周波数でツインパルス（質問）を送信する。距離測定装置は、航空機から送信されたツインパルスを受信すると、ツインパルスの受信から所定時間経過後に質問と異なる周波数で応答のツインパルスを送信する。距離測定装置から送信された応答のツインパルスを受信した航空機は、ツインパルスの送信時刻と応答のツインパルスの受信時刻との時間間隔を利用して航空機から距離測定装置までの距離を求めることができる。
【０００３】
一組のツインパルスからは、航空機と距離測定装置との距離のみを測定することができるが、航空機は、複数組のツインパルスを利用することで、航空機の位置を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２２５９２号公報
【特許文献２】特開２００８−２９８５９６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Aeronautical Telecommunications，ANNEX10，VOLUMEＩＶ”，Surveillance Radar and Collision Avoidance Systems，1996年７月，ICAO
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これに対し、距離測定装置では、航空機からツインパルスが送信されたことを把握することはできるが、航空機の飛行に関するその他の情報を得ることはできなかった。したがって、地上では、距離測定装置における信号の送受信によって何らかの情報を取得することはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に係る位置特定システムは、複数の距離測定装置と位置特定装置とを備える。各距離測定装置の送信手段は、信号を送信する。各距離測定装置の相関処理手段は、送信手段が送信した信号が航空機に反射した反射信号を受信し、送信手段からの信号の送信時刻と当該信号が反射した反射信号の受信時刻との相関を求める。位置特定装置の入力手段は、複数の距離測定装置から相関結果を入力する。位置特定装置の特定手段は、入力手段が入力した相関結果から求められる各距離測定装置と航空機との距離を利用して当該航空機の位置を特定する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る位置特定システムを説明する概略図である。
【図２】図１の位置特定システムが有する距離測定装置と航空機との信号の送受信を説明する概略図である。
【図３】図１の位置特定システムが有する距離測定装置の構成を説明するブロック図である。
【図４】図１の位置特定システムにおける航空機の位置の特定を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を用いて実施形態に係る位置特定システムについて説明する。実施形態に係る位置特定システム１は、航空機３０ａ，３０ｂから送信されたツインパルス（質問パルス）Ｓ１に応答してツインパルス（応答パルス）Ｓ２１を送信するとともに、航空機３０ａ，３０ｂで応答パルスＳ２１が反射された反射信号Ｓ３を受信する距離測定装置（ＤＭＥ）２０ａ〜２０ｃと、距離測定装置２０ａ〜２０ｃにおける反射信号Ｓ３の受信状況を利用して航空機３０ａ，３０ｂの位置を特定する位置特定装置１０とを備えている。また、距離測定装置２０ａ〜２０ｃでは、質問パルスＳ１を受信しない場合にも、規定数の信号を送信するように、ツインパルス（スキッタ）Ｓ２２を送信している。
【００１０】
航空機３０ａ，３０ｂは、図２に示すように、質問パルスＳ１として、パルス幅が３．５μｓで、パルス間隔が１２μｓのツインパルスを送信する。また、距離測定装置２０ａ〜２０ｃは、それぞれ、質問パルスＳ１を受信すると、この質問パルスＳ１の受信から所定時間（Ｔｄ）経過後、質問パルスＳ１と同一フォーマットの応答パルスＳ２１を質問パルスＳ１とは異なる周波数で生成し、送信する。航空機３０ａ，３０ｂは、応答パルスＳ２１を受信すると、質問パルスＳ１送信時刻ｔ１から応答パルスＳ２１の受信時刻ｔ２の時間間隔（Ｔ）を用いて距離測定装置２０ａ〜２０ｃとの距離を測定する。
【００１１】
図２では省略しているが、航空機３０ａ，３０ｂは、応答パルスＳ２１を受信する他、機体で応答パルスＳ２１やスキッタＳ２２を反射信号Ｓ３として反射する。実施形態に係る位置特定システム１の距離測定装置２０ａ〜２０ｃは、このような航空機３０ａ，３０ｂが反射した反射信号Ｓ３を受信して処理する。ここで、質問パルスＳ１と反射信号Ｓ３とを比較すると、質問パルスＳ１は航空機３０ａ，３０ｂで生成されて送信された信号であるのに対し、反射信号Ｓ３は距離測定装置２０ａから送信された応答パルスＳ２が航空機３０ａ，３０ｂで反射された信号である。したがって、両信号のフォーマットは同一であるが周波数が異なり、質問パルスＳ１に比較して、反射信号Ｓ３の方が電力が小さくなる。
【００１２】
具体的には、距離測定装置２０ａは、図３に示すように、受信した質問パルスＳ１及び反射信号Ｓ３を処理する受信処理部２３と、質問パルスＳ１に応答する応答パルスＳ２１及びスキッタＳ２２の送信を処理する送信処理部２４とを備えている。
【００１３】
距離測定装置２０ａは、航空機３０ａから送信された質問パルスＳ１又は航空機３０ａで反射された反射信号Ｓ３を受信信号としてアンテナ２１で受信すると、サーキュレータ２２を介して送信処理部２４に入力する。
【００１４】
受信処理部２３では、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）２３ａが、入力した受信信号を増幅する。ミキサ２３ｂは、ＬＮＡで増幅された受信信号を発振器２５から出力される周波数信号と混合検波する。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２３ｃは、ミキサ２３ｂで周波数信号と混合された受信信号を帯域調整する。このバンドパスフィルタ２３ｃは、質問パルスＳ１に対応する規定の周波数に合わせて受信信号を帯域調整する。第１パルス検出手段２３ｄは、バンドパスフィルタ２３ｃで調整された受信信号から、パルスを検出する。第１パルスペア検出手段２３ｅは、第１パルス検出手段２３ｄで検出された受信信号の各パルスから、質問パルスＳ１のフォーマットに該当するツインパルス（パルスペア）の有無を検出する。すなわち、バンドパスフィルタ２３ｃでは、質問パルスＳ１に合わせて帯域調整されているため、第１パルスペア検出手段２３ｅで検出されるツインパルス（は、反射信号Ｓ３ではなく、質問パルスＳ１のみとなる。質問パルスＳ１のフォーマットのツインパルスを検出すると、応答パルスＳ２１の送信タイミングの基準とするため、ツインパルスの検出有の信号を送信処理部２４に出力する。
【００１５】
また、受信処理部２３では、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３ｆが、ミキサ２３ｂで周波数信号と混合された受信信号を帯域調整する。このローパスフィルタ２３ｆは、反射信号Ｓ３に対応する周波数に合わせて受信信号を帯域調整する。第２パルス検出手段２３ｇは、ローパスフィルタ２３ｆで調整された受信信号から、パルスを検出する。第２パルスペア検出手段２３ｈは、第２パルス検出手段２３ｇで検出された受信信号の各パルスから、反射信号Ｓ３のフォーマットに該当するツインパルスの有無を検出する。ここで、上述したように、反射信号Ｓ３は、応答パルスＳ２１が反射した信号であるため、反射信号Ｓ３のフォーマットは、質問パルスＳ１及び応答パルスＳ２１のフォーマットと同一である。また、ローパスフィルタ２３ｆでは、反射信号Ｓ３に合わせて帯域調整されているため、第２パルスペア検出手段２３ｈで検出されるツインパルスは、質問パルスＳ１ではなく、反射信号Ｓ３のみとなる。
【００１６】
送信処理部２４では、スキッタ発生手段２４ａで、スキッタＳ２２の送信タイミングを発生する。すなわち、距離測定装置２０ａでは、質問パルスＳ１を受信しない場合にも、ランダムな間隔で、毎秒７００〜１２００の信号（スキッタ）Ｓ２２を送信することが規定されている。したがって、スキッタ発生手段２４ａは、このスキッタＳ２２の送信タイミングを発生する。なお、スキッタＳ２２は、応答パルスＳ２１と同一のフォーマットである
パルス生成手段２４ｂは、受信処理部２３の第１パルスペア検出手段２３ｅで質問パルスＳ１の受信が検出された所定時間経過後に、応答パルスＳ２１であるツインパルスを生成する。または、パルス生成手段２４ｂは、質問パルスＳ１の受信が検出されない場合は、スキッタ発生手段２４ａは、ランダムなタイミングで、スキッタＳ２２であるツインパルスを生成する。
【００１７】
ミキサ２４ｃは、パルス生成手段２４ｂで生成されたツインパルスを発振器２５から出力される周波数信号と混合変調する。ハイパワーアンプ（ＨＰＡ）２４ｄは、ミキサ２４ｃで変調された応答パルスＳ２１又はスキッタＳ２２を送信信号の電力に増幅する。ハイパワーアンプ２４ｄで増幅された応答パルスＳ２１又はスキッタＳ２２は、サーキュレータ２２及びアンテナ２１を介して航空機３０ａに送信される。
【００１８】
相関処理部２６は、送信処理部２４のスキッタ発生手段２４ａでランダムなタイミングで発生したのパルス列と、第２パルスペア検出手段２３ｈでツインパルスが検出されたパルス列との相関を求め、処理結果として位置特定装置１０に出力する。具体的には、相関処理部２６は、スキッタＳ２２がｎ回送信された一定期間のパルス列の相関を、時間（τ）と相関レベル（Ｒ）との関係で求める。このとき、相関処理部２６は、スキッタ発生手段２４ａの出力をｆｏ（ｔ）、第２パルスペア検出手段２３ｈの出力をｆｒ（ｔ）とすると、Ｒ（τ）＝Σ（ｆｏ（ｔ）・ｆｒ（ｔ−τ））（ｔ＝０〜ｎ）を演算する。なお、ｔは、パルス列の位置（時間）を表す。また、Ｒ（ｔ）は、相関の強さを表し、τは、スキッタとしての応答パルスＳ１が送信されてから反射信号Ｓ３が受信されるまでの遅延時間を表す。
【００１９】
したがって、Ｒ（τ）のレベルが高い部分は、距離測定装置２０ａが送信したスキッタＳ２２がτだけ遅れたことを表している。このτは、距離測定装置２０ａからスキッタＳ２２が送信され、航空機３０ａでスキッタＳ２２が反射して反射信号Ｓ３として距離測定装置２０ａに戻った往復時間ということになる。そのため、電波の往復の伝播時間であるため、距離に換算することができる。
【００２０】
図３では、距離測定装置２０ａを例として示したが、他の距離測定装置２０ｂ，２０ｃも距離測定装置２０ａと同一の構成であって、質問パルスＳ１及び反射信号Ｓ３を受信するとともに、応答パルスＳ２１及びスキッタＳ２２を送信し、またスキッタＳ２Ｓとその反射信号Ｓ３との相関結果を位置特定装置１０に出力する。
【００２１】
位置特定装置１０は、相関処理部２６から出力された相関結果を入力すると、スキッタＳ２２を送信した距離測定装置２０ａと、スキッタＳ２２を反射した航空機３０ａとの距離を求め、このスキッタＳ２２を反射した航空機３０ａの位置を特定する。ここで、単一の距離測定装置２０ａで求められた距離のみでは航空機３０ａの位置を特定することはできない。したがって、図１に示すように、位置特定装置１０は、複数の距離測定装置２０ａ〜２０ｃと接続されており、複数の距離測定装置２０ａ〜２０ｃで得られた航空機３０ａ，３０ｂとの距離から、各航空機３０ａ，３０ｂの位置を特定することができる。
【００２２】
位置特定装置１０は、距離測定装置２０ａ〜２０ｃから距離の処理結果を入力する入力手段１１と、距離測定装置２０ａ〜２０ｃと航空機３０ａ，３０ｂとの距離を利用して航空機３０ａ，３０ｂの位置を求める演算手段１２と、求められた位置を出力する出力装置１３とを備えている。また、位置特定装置１０は、収拾データを記憶する収集データ記憶部Ｄ１、ＤＭＥデータを記憶するＤＭＥデータ記憶部Ｄ２及び航空機データを記憶する航空機データ記憶部Ｄ３を備えている。
【００２３】
入力手段１１は、距離測定装置２０ａ〜２０ｃから距離の処理結果を入力すると、入力した処理結果から、距離測定装置２０ａ〜２０ｃと信号を反射した航空機との距離を求め、収集データ記憶部Ｄ１で記憶される収集データに求めた距離データを追加する。また、入力手段１１は、収集データに含まれる距離データから不要なデータを削除し、収集データを定期的に更新する。
【００２４】
収集データ記憶部Ｄ１に記憶される収集データは、距離測定装置２０ａ〜２０ｃの処理結果から得られた距離測定装置２０ａ〜２０ｃと航空機３０ａ，３０ｂとの距離のリストである。この収集データには、航空機３０ａ，３０ｂの位置の演算に有効な距離データのみを有していればよいため、追加後、所定期間が経過した距離データは、入力手段１１によって削除される。すなわち、飛行中の航空機３０ａ，３０ｂは位置が変化するため、最新の距離データのみが有効なデータとなるためである。
【００２５】
ＤＭＥデータ記憶部Ｄ２で記憶されるＤＭＥデータは、位置特定装置１０と接続される距離測定装置２０ａ〜２０ｃの位置に関するデータである。
【００２６】
演算手段１２は、収集データ記憶部Ｄ１から収集データを読みだすとともに、ＤＭＥデータ記憶部Ｄ２からＤＭＥデータ読み出し、各距離測定装置２０ａ〜２０ｃの位置と、各距離測定装置２０ａ〜２０ｃから航空機３０ａ，３０ｂまでの距離を利用して、航空機３０ａ，３０ｂの位置を求める。また、演算手段１２は、求めた航空機３０ａ，３０ｂの位置を航空機データ記憶部Ｄ３に記憶させる。
【００２７】
例えば、図４に示すように、それぞれ距離測定装置２０ａ〜２０ｃから求められた処理結果の遅延時間がｌ1，ｌ2，ｌ3であり、これから求められた距離測定装置２０ａと航空機３０ａとの距離がＬ1、距離測定装置２０ｂと航空機３０ａとの距離がＬ2、距離測定装置２０ｃと航空機３０ａとの距離がＬ3であるとする。この場合、演算手段１２は、距離測定装置２０ａから距離Ｌ1、距離測定装置２０ｂから距離Ｌ2、かつ距離測定装置２０ｃから距離Ｌ3の地点Ｘを求め、この地点Ｘを航空機３０ａの位置として特定する。
【００２８】
航空機データ記憶部Ｄ３で記憶される航空機データは、演算手段１２で特定された航空機３０ａ，３０ｂの位置を含むデータである。反射信号Ｓ３には航空機３０ａ，３０ｂの識別子は含まれていないが、例えば、航空機データに含まれる航空機３０ａ，３０ｂの位置をプロットすることで、航空機３０ａ，３０ｂの飛行の軌跡を把握することができる。
【００２９】
出力装置１３は、例えば、演算手段１２の演算結果や、航空機データを出力するディスプレイやプリンタである。
【００３０】
上述したように、実施形態に係る位置特定システム１では、地上の距離測定装置２０ａ〜２０ｃで自ら送信したスキッタＳ２１の反射信号Ｓ３を受信し、送信したスキッタＳ２１との相関を求める。また、位置特定装置１０で、距離測定装置２０ａ〜２０ｃにおけるスキッタＳ２２の送信と反射信号Ｓ３の受信の相関に応じて航空機３０ａ，３０ｂの位置を特定する。すなわち、位置特定システム１では、航空機３０ａ，３０ｂによる反射信号Ｓ３を利用して、航空機３０ａ，３０ｂの位置を特定することができる。
【００３１】
上記のように、本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなる。また、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００３２】
１…位置特定システム
１０…位置特定装置
１１…入力手段
１２…演算手段
１３…出力装置
Ｄ１…収集データ記憶部
Ｄ２…ＤＭＥデータ記憶部
Ｄ３…航空機データ記憶部
２０ａ〜２０ｃ…距離測定装置
２１…アンテナ
２２…サーキュレータ
２３…受信処理部
２３ｂ…ミキサ
２３ｃ…バンドパスフィルタ
２３ｄ…第１パルス検出手段
２３ｅ…第１パルスペア検出手段
２３ｆ…ローパスフィルタ
２３ｇ…第２パルス検出手段
２３ｈ…第２パルスペア検出手段
２４…送信処理部
２４ａ…スキッタ発生手段
２４ｂ…パルス生成手段
２４ｃ…ミキサ
２４ｄ…ハイパワーアンプ
２５…発振器
２６…相関処理部
３０ａ，３０ｂ…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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