(57)【要約】【課題】着陸進入中の航空機に対してタイムリーで効率的な誘導管制を行なうとともに、その誘導管制の業務負荷を軽減できる精測進入レーダシステムを得る。【解決手段】くり返し取得される航空機の観測位置を、予測フィルタを用いて平滑化するとともに、所定時間幅経過後の予測位置を算出し、これら最新の平滑化位置と予測位置とをシンボル化して表示する。また、予測位置に対しては、その位置誤差として予測位置に対する標準偏差を算出し、これを航空機の確率的な存在範囲としてシンボル化された予測位置の周囲に２次元に重ね合わせて表示する。さらに、位置誤差を算出する際には、その誤差要因としてレーダの観測精度のみならず、予測フィルタにおける処理誤差特性も考慮に加える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の位置情報を取得して着陸進入路に沿った高低面及び方位面の表示画面にこれら位置情報を表示する精測進入レーダシステムにおいて、
観測したレーダエコーから前記航空機を検出しその観測位置を観測時刻とともに時系列に取得する航空機検出手段と、
この時系列に取得した前記航空機の観測位置を予測フィルタを用いて平滑化しながら、最新の観測時刻における前記航空機の平滑位置及び速度を算出する平滑手段と、
この平滑手段での算出結果に基づき、前記最新の観測時刻からあらかじめ設定された時間幅経過後の予測時刻における前記航空機の予測位置及び予測位置誤差を算出する予測手段と、
この予測手段による前記航空機の予測位置及び予測位置誤差を、前記最新の観測時刻における観測位置または平滑位置とともにそれぞれの位置に対応する前記高低面及び方位面の表示画面上の表示位置に表示する表示手段とを有することを特徴とする精測進入レーダシステム。
【請求項２】
さらに操作員から入力される前記予測手段における前記観測時刻から予測時刻までの時間幅の指定操作を受け付ける操作入力手段を有し、
前記予測手段はこの操作入力手段で受け付けた経過時間に基づく予測時刻における前記航空機の予測位置及び予測位置誤差を算出することを特徴とする請求項１に記載の精測進入レーダシステム。
【請求項３】
前記予測手段における予測位置誤差は、前記精測進入レーダシステムの観測精度及び前記予測フィルタの誤差特性に基づき算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の精測進入レーダシステム。
【請求項４】
前記表示手段は、前記高低面及び方位面の表示画面上における前記航空機の予測位置の表示位置に前記予測位置誤差を２次元の範囲として重ねて表示することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の精測進入レーダシステム。
【請求項５】
前記表示手段は、前記予測位置誤差を２次元に表示した範囲内をその予測位置誤差の値に応じてグラデーションまたは色分けして表示することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の精測進入レーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着陸進入路に沿った航空機の位置情報を取得しながら、これら取得した位置情報に基づき将来位置を予測し表示する精測進入レーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
精測進入レーダは、着陸態勢に入った航空機の３次元位置を取得し、そのレーダエコーを着陸進入路に沿った高低（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ、以下ＥＬと表す）面、及び方位（Ａｚｉｍｕｔｈ、以下ＡＺと表す）面の２つの表示画面に表示している。すなわち、進入中の航空機の高度と距離がＥＬ画面に、またその方位と距離がＡＺ画面に、それぞれレーダエコーにより滑走路を基準として相対的に表示される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来、これらの表示には、残像特性を持ったＣＲＴ等を用いてアナログビデオ信号に変換されたレーダエコーを表示していたが、近年ではレーダ信号に対するデジタル処理技術の進歩により、レーダエコー中から不要な反射成分等を除去するとともに、対象の航空機を抽出してこれをシンボル形式にて表示するなど、視認性を向上させた画面表示が可能になった。また、シンボル表示に加え、観測位置のばらつきを知る目安となる表示として、例えばコントロールスラッシュと呼ばれるレーダの角度分解能に対応した線分を角度方向に表示したり、あるいは、レーダにより観測した航空機の位置に対して予測フィルタによる平滑化処理等を施すなど、レーダ情報に対して種々の情報処理、信号処理が施されている。例えば特許文献１においては、進入誘導中の目標機と着陸進入路のグライドパスとの高度差を算出し表示画面上に具体的な数値として表示している。
【特許文献１】特開平５−１１０４１号公報（第３ページ、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
精測進入レーダを用いた着陸誘導管制においては、管制官はこれら表示を監視しながら、航空機を着陸進入路に沿って飛行させ、滑走路に誘導する。誘導にあたっては、レーダによる観測位置と着陸進入路との差異に基づき航空機側に対して飛行方向の誘導指示を行ない、その指示に基づき進入を継続する航空機の将来位置を予測しながら、さらに誘導指示を繰り返す。すなわち、着陸直前の短時間の中で航空機の将来位置を連続して的確に予測する必要があり、これを支援するための信号処理、情報処理等が望まれる。
【０００５】
しかしながら、従来の精測進入レーダシステムにあっては、レーダによる最新の観測位置に種々の信号処理を施した後、その表示画面に航空機の位置を表示したものであり、信号処理及び表示処理分の時間遅れをともなう。しかも、シンボル表示にした場合には、ピンポイントの位置として画面内に表示されてしまう上、この表示位置に対する真の位置のばらつきの範囲も提供されていない。加えて、ばらつきの重要な要因となる、レーダ自身の距離方向及び角度方向の観測精度、及び信号処理中における誤差、特に予測フィルタによる平滑化処理での誤差等が反映されたものとはなっていない。このため、時間経過とともに航空機の位置も変化していく中で、このような画面表示から航空機の将来位置を予測することは容易ではなかった。従って、航空機に対する誘導指示も必ずしもタイムリーで効率的なものとはならない上、航空機に対する誘導指示を行ないながらその将来位置の予測を交互に繰りかえすという誘導管制業務自体、その業務負荷が軽いものではなかった。さらに、業務遂行にあたっては高度のスキルや経験を伴うとともに、長期間の運用訓練等も必要としていた。
【０００６】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、着陸進入中の航空機に対してタイムリーで効率的な誘導管制を行なうとともに、その誘導管制の業務負荷を軽減する精測進入レーダシステ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の精測進入レーダシステムは、航空機の位置情報を取得して着陸進入路に沿った高低面及び方位面の表示画面にこれら位置情報を表示する精測進入レーダシステムにおいて、観測したレーダエコーから前記航空機を検出しその観測位置を観測時刻とともに時系列に取得する航空機検出手段と、この時系列に取得した前記航空機の観測位置を予測フィルタを用いて平滑化しながら、最新の観測時刻における前記航空機の平滑位置及び速度を算出する平滑手段と、この平滑手段での算出結果に基づき、前記最新の観測時刻からあらかじめ設定された時間幅経過後の予測時刻における前記航空機の予測位置及び予測位置誤差を算出する予測手段と、この予測手段による前記航空機の予測位置及び予測位置誤差を、前記最新の観測時刻における観測位置または平滑位置とともにそれぞれの位置に対応する前記高低面及び方位面の表示画面上の表示位置に表示する表示手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、着陸進入中の航空機に対してタイムリーで効率的な誘導管制を行なうことができるとともに、その誘導管制の業務負荷を軽減することのできる精測進入レーダシステムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る精測進入レーダシステムを実施するための最良の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明に係る精測進入レーダシステムの一実施例の構成を示すブロック図である。この図１に例示した精測進入レーダシステムは、レーダ部１１、目標検出部１２、平滑化処理部１３、予測位置算出部１４、位置誤差算出部１５、表示処理部１６、操作表示部１７、及びシステム時刻発生部１８から構成されている。
【００１１】
レーダ部１１は、所定の仰角範囲及び方位角範囲にくり返しパルス状のレーダ信号を送受信してそのレーダエコーを取得する。目標検出部１２は、レーダエコーの中から目標としての航空機を検出し、時間経過に沿ってその観測位置と観測時刻を順次取得する。平滑化処理部１３は、目標検出部１２からの観測位置及び観測時刻に基づき、例えばα−βフィルタ等の予測フィルタにより観測位置の平滑化処理を行ない、航空機の各観測時刻における平滑位置及び速度を算出する。
【００１２】
これら平滑化処理での結果をもとに、予測位置算出部１４は観測時刻から所定の時間幅経過した予測時刻における航空機の予測位置を、また予測位置誤差算出部１５はその予測位置誤差をそれぞれ算出する。このときの観測時刻から予測時刻までの時間幅は、あらかじめ各部に設定しておくことも、あるいは操作員が設定することも可能としている。本実施例においては、操作員による設定を後述の操作表示部１７から受けとるように構成している。表示処理部１６は、予測位置算出部１４、及び位置誤差算出部１５での算出結果、ならびに目標検出部１２での観測位置または平滑化処理部１３での平滑位置を含む表示画面を編集するための各種の表示処理を行なって表示データを生成し、操作表示部１７に送出する。操作表示部１７は、表示処理部１６からの表示データを表示画面に表示するとともに、操作員等による観測時刻から予測時刻までの時間幅の入力操作を受けつけ、その内容を予測位置算出部１４及び位置誤差算出部１５に送出する。システム時刻発生部１８は、システム時刻情報を生成しシステム内の各部に送出する。
【００１３】
操作表示部１７における表示画面の一例をモデル化して図２に示す。この図２に示した事例では、この表示画面は２つの面、すなわち航空機のＥＬ面の位置を表示するＥＬ画面２１とＡＺ面を表示するＡＺ画面２２により構成され、それぞれの画面には距離目盛を表すレンジマーカ２３に加え、着陸進入路としてＥＬ画面２１にはグライドパスカーソル２４が、またＡＺ画面２２にはコースラインカーソル２５がそれぞれ表示されている。航空機の位置はそれぞれの画面にシンボル化して表示されており、本実施例では最新の平滑位置シンボル２６を塗りつぶした四角形とし、これに便名を表すタグ２６ａが付されている。また、それ以前の平滑位置シンボル２７が白抜きの四角形により表示されている。観測時刻から所定の時間幅経過した予測時刻における予測位置シンボル２８は「＊」にシンボル化され、それぞれの画面に２次元の範囲として算出した予測位置誤差範囲２９（２９ＥＬまたは２９ＡＺ）と重ね合わせて表示されている。後述するが、本実施例においては、この２次元の範囲は、予測位置に対する標準偏差に基づいたものとしている。
【００１４】
次に、前出の図１及び図２、ならびに図３のフローチャート及び図４の説明図を参照して、上述のように構成された本実施例の精測進入レーダシステムの動作について説明する。図３は、図１に例示した本発明に係る精測進入レーダシステムの一実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【００１５】
まず、観測時刻と予測時刻との時間幅（ｔＰ−Ｓ）の設定を含む各種の初期設定が、例えば操作員等により操作表示部１７を通じてなされる（ＳＴ３０１）。次に、レーダ部１１から所定の仰角範囲及び方位角範囲の覆域にパルス状のレーダ信号がくり返し送信され、受信されたレーダエコーは、順次目標検出部１２に送出される。レーダ部１１の主要な性能諸元の代表的な一例を表１に示す（ＳＴ３０２）。
【表１】
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【００１６】
目標検出部１２では、レーダ部１１から順次送られてくるこれらレーダエコーの中から目標としての航空機を検出し、その観測位置ＸＭと観測時刻ｔＭとを取得する。レーダ覆域内に航空機が存在する場合には、例えばレーダ部１１の捜索周期Ｔ毎に順次、その観測位置ＸＭと観測時刻ｔＭが時系列に取得され、平滑化処理部１３に送出される（ＳＴ３０３）。
【００１７】
平滑化処理部１３では、これら時間経過に沿って順次取得される観測位置ＸＭに対して、予測フィルタを用いて平滑化処理を実行する。予測フィルタとしてα−βフィルタを適用した場合を例示すると、次の式（１）〜式（３）により平滑化処理が行なわれる。
【数１】
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【００１８】
すなわち、目標検出部１２から最新の観測位置が順次送られてくるたび毎に、前回の予測位置に基づき式（１）により今回の観測位置に対する平滑位置が、また式（２）により平滑速度が算出される。あわせて式（３）により次の観測時刻における予測位置がそれぞれ算出される。そして算出された最新の観測時刻における平滑位置及び平滑速度は、その観測時刻とともに予測位置算出部１４及び位置誤差算出部１５に送出される（ＳＴ３０４）。
【００１９】
次に、予測位置算出部１４では、最新の観測時刻からＳＴ３０１のステップで設定した時間幅（ｔＰ−Ｓ）経過後の予測時刻における予測位置を、平滑処理部１３で算出された平滑位置及び平滑速度に基づき、次の式（４）により算出する。なお、この式（４）では、航空機の位置及び速度を、ｘ、ｙ、及びｚ軸の３軸からなる直交座標系で表現されてものとしている。算出された予測時刻における予測位置は、表示処理部１６に送出される（ＳＴ３０５）。
【数２】
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【００２０】
これとあわせて位置誤差算出部１５では、予測位置算出部１４において算出された予測時刻における予測位置に対する予測位置誤差を算出する。本実施例においては、この予測位置誤差は、表１に例示されたレーダ部１１の観測精度と、平滑化処理部１３における予測フィルタであるα−βフィルタの誤差特性とに基づき、式（５）により統計量の分散値として算出している。
【数３】
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【００２１】
ここで、式（５）における平滑位置分散値σＸＸ２、平滑位置速度共分散値σＸＶ２、及び平滑速度分散値σＶＶ２の算出手順について以下に詳述する。レーダ部１１で捜索周期Ｔ毎に取得された航空機の観測位置は、順次平滑化処理部１３に送られてα−βフィルタにより平滑化処理が施される。そして、この時の平滑化処理に伴う誤差の分散値は、それぞれ次の式（６）、式（７）、及び式（８）で算出した値に整定する。
【数４】
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【００２２】
ここに、Ｔはレーダ部１１の捜索周期であり、例えば表１中のＴに対応する。α、及びβは、α−βフィルタのフィルタ定数である。また、σＯ２はレーダ部１１の観測精度であり、例えば表１中のσＲを距離観測誤差、σＡＺを方位方向、σＥＬを仰角方向の角度観測誤差とすると、極座標系で表現されたこれら観測誤差を、次の式（９）により直交座標系に変換することにより算出できる。なお、Ｒ、θ、及びφは、図４に示すように、極座標における航空機の観測位置を表す。
【数５】
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【００２３】
このように、予測時刻における予測位置誤差を表す分散値は、式（９）によるレーダ部１１の観測精度による分散σＯ２と平滑化処理部１３でのα−βフィルタによる影響とを考慮した平滑位置分散σＸＸ２、平滑位置速度共分散σＸＶ２、及び平滑速度分散σＶＶ２を、それぞれ式（６）〜式（８）により算出し、これらの算出結果を用いて式（５）に基づき算出される。すなわち、レーダの観測精度と予測フィルタの特性との両方が考慮されたものとなっている。そして、算出された予測時刻における予測位置誤差は、表示処理部１６に送出される（ＳＴ３０６）。
【００２４】
表示処理部１６では、予測位置算出部１４、及び位置誤差算出部１５からの予測結果、ならびに平滑化処理部１３での平滑位置を受けとり、これらを含む図２に例示した表示画面を編集する。この図２に例示した表示画面の編集にあたっては、レンジマーカ２３、ならびに着陸進入路に該当するグライドパスカーソル２４及びコースラインカーソル２５は、例えばあらかじめ用意された描画データ等に基づき編集を行なう。最新の平滑位置シンボル２６、それ以前の平滑位置シンボル２７、及び予測位置シンボル２８の各シンボルについては、各部から受けとったそれぞれの航空機の位置を表示画面座標上での対応する表示位置に変換する処理を行ない、その位置に該当する各シンボルを表示するための編集を行なう。
【００２５】
また、予測位置誤差範囲２９（２９ＥＬ及び２９ＡＺ）については、式（５）に基づき算出した予測位置分散値を、ＥＬ画面２１及びＡＺ画面２２の各表示面に投影するようにして各表示面での２次元の成分を求め、さらに本実施例においては、これを標準偏差に置き換えてその値を予測位置を中心とする範囲として予測位置シンボル２９に重ね合わせるように表示するための編集を行なう。また、この２次元の範囲内をその値の大きさに応じてグラデーションまたは色分けすることもでき、より視認性を向上させた編集も可能にしている。そして、これらの表示処理により生成された表示データは操作表示部１７に送出され、操作表示部１７はこれを表示する（ＳＴ３０７）。
【００２６】
この後、操作員等により操作表示部１７から設定変更等の操作がなされると（ＳＴ３０８のＹ）、これら操作は操作表示部１７により受け付けられ、その内容が反映されながら（ＳＴ３０９）、動作終了が指示されるまで、上述したＳＴ３０２からの動作が繰り返される（ＳＴ３１０）。
【００２７】
以上説明したように、本実施例においては、くり返し取得される航空機の観測位置を、予測フィルタを用いて平滑化するとともに、所定時間幅経過後の予測位置を算出し、これら最新の平滑化位置と予測位置とをシンボル化して表示している。また、予測位置に対しては、その位置誤差として予測位置に対する標準偏差を算出し、これを航空機の確率的な存在範囲としてシンボル化された予測位置の周囲に２次元に重ね合わせて表示している。さらに、位置誤差を算出する際には、その誤差要因としてレーダの観測精度のみならず、予測フィルタにおける処理誤差特性も考慮に加え、信頼性を高めている。
【００２８】
これにより、着陸進入中の航空機について、平滑化された最新の位置、ならびに所定時間経過後の予測位置及び予測位置に対する確率的な存在範囲を、同時且つより視覚的に把握することが可能になるとともに、将来位置に対する先見情報が提供されるので、着陸進入中の航空機に対してタイムリーで効率的な誘導管制を行なうことができるとともに、その誘導管制の業務負荷を軽減することのできる精測進入レーダシステムを得ることができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記した実施の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、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の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、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る精測進入レーダシステムの一実施例を示すブロック図。
【図２】表示画面の一例を示す説明図。
【図３】図１に例示した精測進入レーダシステムの動作を説明するためのフローチャート。
【図４】極座標における航空機位置を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００３１】
１１  レーダ部
１２  目標検出部
１３  平滑化処理部
１４  予測位置算出部
１５  位置誤差算出部
１６  表示処理部
１７  操作表示部
１８  システム時刻発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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