(57)【要約】【課題】航空機とＤＭＥ間で送受信されるパルスにマルチパス妨害が発生した場合や、ノイズが重畳した場合であってもパルスの検出を可能にする。【解決手段】ツインパルスを含む信号を入力するステップと、信号と、信号を所定のパルス幅で遅延させた第１遅延信号との乗算結果を、信号に含まれるパルスを表すパルス検出信号として求める第１演算ステップと、パルス検出信号と、パルス検出信号を所定のパルス間隔で遅延させた第２遅延信号との乗算結果を、信号に含まれるツインパルスを表すツインパルス検出信号とする第２演算ステップとを有する。【選択図】  図１
2009139265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機とＤＭＥとの距離を測定する際に利用される所定のパルス幅及び所定のパルス間隔のパルスで構成されるツインパルスの検出方法であって、
前記ツインパルスを含む信号を入力するステップと、
前記信号と、前記信号を前記所定のパルス幅で遅延させた第１遅延信号との乗算結果を、前記信号に含まれるパルスを表すパルス検出信号として求める第１演算ステップと、
前記パルス検出信号と、前記パルス検出信号を前記所定のパルス間隔で遅延させた第２遅延信号との乗算結果を、前記信号に含まれるツインパルスを表すツインパルス検出信号とする第２演算ステップと、
を有することを特徴とするツインパルスの検出方法。
【請求項２】
航空機とＤＭＥとの距離を測定する際に利用される所定のパルス幅及び所定のパルス間隔のパルスで構成されるツインパルスの検出方法であって、
前記ツインパルスを含む信号を入力するステップと、
前記信号を微分処理する微分ステップと、
微分処理された前記信号と、微分処理された前記信号を前記所定のパルス幅で遅延させた第１遅延信号との乗算結果を、前記信号に含まれるパルスを表すパルス検出信号とする第１演算ステップと、
前記パルス検出信号と、入力した前記信号を前記所定のパルス幅の１／２の値で遅延させた信号とを乗算結果を、前記パルス検出信号を重み付けした信号とする重み付けステップと、
重み付けされた前記パルス検出信号と、重み付けされた前記パルス検出信号を前記所定のパルス間隔で遅延させた第２遅延信号との乗算結果を、前記信号に含まれるツインパルスを表すツインパルス検出信号とする第２演算ステップと、
を有することを特徴とするツインパルスの検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機のインタロゲータおよびＤＭＥのトランスポンダ間で距離を測定する際に送受信されるツインパルスの検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機と地上局間の距離を測定するため、ＤＭＥ（距離測定装置：Distance Measuring Equipment）を利用することがある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図７に示すように、ＤＭＥ１は地上局に設置される装置であり、トランスポンダ１０を備えている。トランスポンダ１０は、航空機２に設置されるインタロゲータ２０から送信されるパルスを受信すると、受信したパルスに応答するパルスをインタロゲータ２０に送信する。航空機２では、このパルスの送受信を利用して、ＤＭＥ１（地上局）との距離を測定することができる。
【０００４】
具体的には、図８に示すように、インタロゲータ２０は、トランスポンダ１０に質問パルスＰ１を送信する。この質問パルスＰ１はパルス幅が３．５μｓのツインパルスであり、国際的に運用モード毎のパルス間隔や遅延間隔等が規定されている。また、パルスに利用する周波数は、ＤＭＥ毎に異なる値が設定されている。図８に一例を示すパルスは、パルス間隔が１２μｓであるＤＭＥ／Ｎの運用モードである。
【０００５】
インタロゲータ２０から送信された質問パルスＰ１を受信パルスＰ２として受信したトランスポンダ１０は、インタロゲータ２０に対して受信パルスＰ２に応答する送信パルスＰ３を送信する。ＤＭＥ／Ｎモードの場合、この送信パルスＰ３もパルス幅が３．５μｓで、パルス間隔が１２μｓである。
【０００６】
インタロゲータ２０は、トランスポンダ１０から送信された送信パルスＰ３を受信パルスＰ４として受信する。受信パルスＰ４を受信したインタロゲータ２０は、質問パルスＰ１の送信時刻ｔ１および受信パルスＰ４の受信時刻ｔ２とから求められる応答時間Ｔと、電波（信号）の伝送速度とに基づいて、ＤＭＥ１から航空機２までの距離を測定している。
【０００７】
従来のＤＭＥ１と航空機２では、受信するパルスの検出に、パルス幅を利用している（例えば、特許文献１参照）。すなわち、所定のパルス幅及びパルス間隔で特定できるパルスを受信したとき、距離測定の為に送受信されるパルスであると判定し、処理を実行している。
【０００８】
また、その他のトランスポンダでも、信号を検出する場合には、パルス幅やパルス間隔を利用するのが一般的である（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
実際にＤＭＥ１や航空機２で扱われる各パルスは、図９（ａ）に示すような波形であり、ＤＭＥ１や航空機２は、所定の振幅部分でパルス幅が３．５μｓであるときにパルスを検出することができる。しかしながら、図９（ｂ）に示すようにパルスの送受信時にマルチパス妨害が発生した場合には、３．５μｓのパルス幅が得られず、パルスを検出することができない。また、図９（ｃ）に示すように、パルスにノイズが重畳した場合にも、３．５μｓであるパルス幅が得られず、パルスを検出することができない。
【特許文献１】特開平９−３２９６６４号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２３２４号公報
【非特許文献１】ICAO、「Aeronautical Telecommunications  Annex 10 VolumeIV Surveillance Rader and Collision Avoidance System」、1998年7月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来のパルス幅を利用したパルスの検出方法では、トランスポンダ１０やインタロゲータ２０は、パルスにマルチパルス妨害が発生している場合やノイズが重畳した場合には、受信したパルスを航空機２とＤＭＥ１間で距離測定の為に送受信されているパルスであると判定することができなかった。したがって、ＤＭＥ１が航空機２からのパルスを検出できない場合には航空機２に対して応答がされないため、航空機２では距離を測定することができないという問題があった。また、航空機２がＤＭＥ１からのパルスを検出することができない場合にも距離を測定することができないという問題があった。
【００１１】
従って本発明は、航空機とＤＭＥ間で送受信されるパルスにマルチパス妨害が発生した場合や信号にノイズが重畳した場合であっても、パルスを検出することができるパルスの検出方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の特徴に係るパルスの検出方法は、航空機とＤＭＥとの距離を測定する際に利用される所定のパルス幅及び所定のパルス間隔のパルスで構成されるツインパルスの検出方法であって、ツインパルスを含む信号を入力するステップと、信号と、信号を所定のパルス幅で遅延させた第１遅延信号との乗算結果を、信号に含まれるパルスを表すパルス検出信号として求める第１演算ステップと、パルス検出信号と、パルス検出信号を所定のパルス間隔で遅延させた第２遅延信号との乗算結果を、信号に含まれるツインパルスを表すツインパルス検出信号とする第２演算ステップとを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、航空機とＤＭＥ間で送受信されるパルスにマルチパス妨害が発生した場合や、ノイズが重畳した場合であっても、パルスを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の最良の実施形態に係るパルスの検出方法は、図７を用いて説明したように、航空機２から送信されたパルスを受信する地上局のＤＭＥ１や、ＤＭＥ１から送信されたパルスを受信する航空機２において、受信したパルスを検出する際に利用される。航空機２とＤＭＥ１では、図８を用いて上述したようにパルスが送受信される。以下の説明において、従来と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００１５】
図１に示すブロック図及び図２に示す信号波形の一例を用いて、本発明の最良の実施形態に係るパルスの検出方法を実現する検出装置１００を説明する。なお、以下では、検出装置１００がＤＭＥ１の内部に備えられ、航空機２のインタロゲータ２０から受信したパルスを検出する一例を説明する。また、以下で説明する例は、運用モードが「ＤＭＥ／Ｎモード」の場合である。
【００１６】
検出装置１００では、図１に示すように、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０１、微分手段１０２、第１遅延手段１０３、第１乗算手段１０４、調整手段１０５、第２遅延手段１０６、第２乗算手段１０７、第３遅延手段１０８、第３乗算手段１０９、補正手段１１０とを備えている。
【００１７】
ＬＰＦ１０１は、トランスポンダ１０で検波した受信パルスＰ２を含む信号Ｓ１を入力する。ＬＰＦ１０１が入力する信号Ｓ１は、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号である。ＬＰＦ１０１は、入力する信号Ｓ１（図２（ａ））が高周波成分を含んでいるとき、不要な高周波成分を減衰した信号Ｓ２（図２（ｂ））を微分手段１０２及び第２遅延手段１０６に出力する。図２では、横軸を時間、縦軸を振幅のレベルとして信号を表わしている。
【００１８】
微分手段１０２は、ＬＰＦ１０１から入力する信号Ｓ２を微分処理し、微分処理した信号Ｓ３（図２（ｃ））を第１遅延手段１０３及び第１乗算手段１０４に出力する。微分処理後の信号Ｓ３は、図２（ｃ）に示すように、信号Ｓ２の立ち上り成分をプラスとし、立下り成分をマイナスとして表す信号である。
【００１９】
第１遅延手段１０３は、微分手段１０２から入力する信号Ｓ３をＤＭＥ／Ｎモードの信号検出のパルス幅である３．５μｓで遅延し、遅延するとともに符号を反転した信号Ｓ３’を第１乗算手段１０４に出力する。
【００２０】
第１乗算手段１０４は、微分手段１０２から入力する信号Ｓ３と、第１遅延手段１０３から入力する信号Ｓ３が３．５μｓ遅延され符号反転された信号Ｓ３’とを乗算する。第１乗算手段１０４は、乗算結果として得られた信号Ｓ４（図２（ｄ））を調整手段１０５に出力する。この第１乗算手段１０４による信号Ｓ３と信号Ｓ３’との乗算（相関処理）で求められる信号Ｓ４は、信号Ｓ１に含まれるパルスを表すパルス検出信号である。
【００２１】
ここで、図２（ｂ）及び図２（ｃ）で示されるように、信号Ｓ２の立ち上り部分は微分処理によりプラスの値となり、信号Ｓ２の立下り部分は微分処理によりマイナスの値となっている。また、ＤＭＥ／Ｎモードの信号検出のパルス幅は、図９で説明したように、３．５μｓである。そのため、第１乗算手段１０４の演算で得られる信号Ｓ４によって図２（ｄ）に示すように受信パルスの各シングルパルスの立ち上りと立下りの相関が表わされる。
【００２２】
調整手段１０５は、第１乗算手段１０４から入力する信号Ｓ４の値を予め定められるパルス検出閾値ｍで調整し、信号Ｓ５（図２（ｅ））として出力する。具体的には、調整手段１０５は、信号Ｓ４の値がパルス検出閾値ｍ以上の場合には入力した信号Ｓ４を信号Ｓ５第２乗算手段１０７に出力し、信号Ｓ４の値がパルス検出閾値ｍ以下の場合には値を０とした信号Ｓ５を第２乗算手段１０７に出力する。
【００２３】
調整手段１０５では、このように信号Ｓ４の値をパルス検出閾値ｍを基準に調整することで、パルス検出の感度を調整することができる。パルス（信号）は、送受信される環境によって影響を受けるため、パルス検出の感度はパルスの送受信される環境によって変える必要がある。そのため、このパルス検出閾値ｍは、ＤＭＥ１や検出装置１００の設置時又はメンテナンス時等に受信するパルス波形のレベルに応じて設定する。
【００２４】
第２遅延手段１０６は、ＬＰＦ１０１から入力する信号Ｓ２をＤＭＥ／Ｎモードの信号検出のパルス幅の半値（１／２の値）である１．７５μｓで遅延し、遅延した信号Ｓ２’を第２乗算手段１０７に出力する。
【００２５】
第２乗算手段１０７は、調整手段１０５から入力する信号Ｓ５と、第２遅延手段１０６から入力する信号Ｓ２が１．７５μｓ遅延された信号Ｓ２’とを乗算する。第２乗算手段１０７は、乗算結果（相関処理結果）として得られた信号Ｓ６（図２（ｆ））を第３遅延手段１０８及び第３乗算手段１０９に出力する。
【００２６】
この第２乗算手段１０７では、図で得られた検波レベルによって重み付けされる。例えば、信号Ｓ２が図３（ａ）に示されるように不要なパルスｐ１を含んでいたとしても、微分手段１０２で微分処理することによって、図２（ｃ）に示されるような信号Ｓ３が得られたときには、その後の処理で不要なパルスも処理されて検出される。仮にこのように不要なパルスｐ１までも検出されると、正確なパルス検出を行なうことができず、航空機２では正確な距離を測定することがない。したがって、第２乗算手段１０７において、信号Ｓ５を図３（ａ）に示すような入力時のパルス検波レベルの信号Ｓ２で重み付けすることによって、図３（ｂ）に示されるような不要なパルスを除去した信号Ｓ６を得ることができる。なお、図１では、調整手段１０５で信号のレベル調整の後に第２乗算手段１０７を行なっているが、重み付け処理の後にレベル調整処理を行ってもよい。
【００２７】
第３遅延手段１０８は、第２乗算手段１０７から入力する信号Ｓ６をＤＭＥ／Ｎモードの信号のツインパルスのパルス間隔である１２μｓで遅延し、遅延するとともに符号を反転した信号Ｓ６’を第３乗算手段１０９に出力する。
【００２８】
第３乗算手段１０９は、第２乗算手段１０７から入力する信号Ｓ６と、第３遅延手段１０８から入力する信号Ｓ６が１２μｓ遅延され符号反転された信号Ｓ６’とを乗算する。第３乗算手段１０９は、乗算結果として得られた信号Ｓ７（図２（ｇ））を補正手段１１０に出力する。この第３乗算手段１０９で信号Ｓ６と信号Ｓ６’との乗算（相関処理）で求められる信号Ｓ７は、信号Ｓ１に含まれるツインパルスを表すツインパルス検出信号である。
【００２９】
この第３乗算手段１０９では、パルス間隔である１２μｓの相関の度合いを演算することで、信号Ｓ６に含まれる受信パルスＰ２を求めることができる。すなわち、信号Ｓ６と信号Ｓ６’に同一のパルスを含んでいれば、このパルスが受信パルスＰ２として求められる。
【００３０】
補正手段１１０は、第３乗算手段１０９から入力する信号Ｓ６の値を予め定められる閾値ｎを用いて補正し、信号Ｓ８（図２（ｈ））として出力する。具体的には、補正手段１１０は、信号Ｓ７の値が閾値ｎ以上の場合には所定レベル増幅した値を信号Ｓ８として検出手段１１１に出力し、信号Ｓ７の値が閾値ｎ以下の場合には値を０とした信号Ｓ８を検出手段１１１に出力する。
【００３１】
補正手段１１０では、このように、信号Ｓ６の値を閾値ｎを基準に補正することで、パルス検出の感度を調整することができる。パルスは、送受信される環境によって影響を受けるため、パルス検出の感度はパルスの送受信される環境によって変える必要がある。そのため、この閾値ｎは、検出装置１００すなわちＤＭＥ１が設置される環境毎に設定する必要があるため、ＤＭＥ１の設置時やメンテナンス時等に受信するパルス波形のレベルに応じて設定する。
【００３２】
検出手段１１１は、補正手段１１０から入力する信号Ｓ８から、その他のＤＭＥ／Ｎモードで設定される条件を利用して受信パルスＰ２を検出し、後段の処理に移行して送信パルスＰ３を送信する。後段の処理については従来と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３３】
図４乃至図６を用いて、マルチパス妨害を受けたパルスやノイズを含むパルスを検出する一例を説明する。図４乃至図６でも、横軸を時間、縦軸を振幅のレベルとして信号を表わしている。
【００３４】
まず、図４は、マルチパルス妨害を受けたパルスを検出する場合の一例である。ＬＰＦ１０１は図４（ａ）に示すようなマルチパス妨害を受けた信号Ｓ１を入力すると、信号Ｓ１の高周波成分を減衰した信号Ｓ２（図４（ｂ））を微分手段１０２に出力する。検出装置１００では、微分手段１０２で微分された信号Ｓ３（図４（ｃ））を利用して第１乗算手段１０４で第１乗算処理を施した後、調整手段１０５で値を調整することで、図４（ｄ）に示す信号Ｓ５のように、不要なパルスの振幅のレベルは小さくなる。検出装置１００ではその後、第２乗算手段１０７で信号Ｓ６を利用して第２乗算処理を施した後に、第３乗算手段１０９で第３乗算処理を施すことで、図４（ｅ）に示す信号Ｓ７のように不要なパルスの振幅のレベルは小さくなる。その後、補正手段１１０で信号Ｓ７を補正した信号Ｓ８は、図４（ｆ）に示すように不要なパルスは除かれ、必要なパルスのみが表わされる。
【００３５】
また、図５は、ノイズが重畳されたパルスを検出する場合の一例である。ＬＰＦ１０１は図５（ａ）に示すようなノイズが重畳された信号Ｓ１を入力すると、信号Ｓ１の高周波成分を減衰した信号Ｓ２（図５（ｂ））を微分手段１０２に出力する。検出装置１００では、微分手段１０２で微分された信号Ｓ３（図５（ｃ））を利用して第１乗算手段１０４で第１乗算処理を施した後、調整手段１０５で値を調整することで、図５（ｄ）に示すように、信号Ｓ５ではノイズ部分の振幅のレベルは小さくなる。検出装置１００ではその後、第２乗算手段１０７で信号Ｓ６を利用して第２乗算処理を施した後、第３乗算手段１０９で第３乗算処理を施すことで、図５（ｅ）に示す信号Ｓ７のようにノイズは除去される。したがって、補正手段１１０で信号Ｓ７を補正した信号Ｓ８は、図５（ｆ）に示すように必要なパルスのみが表わされている。
【００３６】
さらに、図６は、マルチパルス妨害を受けるとともに、ノイズが重畳されたパルスを検出する場合の一例である。ＬＰＦ１０１は図６（ａ）に示すような信号Ｓ１を入力すると、信号Ｓ１の高周波成分を減衰した信号Ｓ２（図６（ｂ））を微分手段１０２に出力する。検出装置１００では、微分手段１０２で微分された信号Ｓ３（図６（ｃ））を利用して第１乗算手段１０４で第１乗算処理を施した後、調整手段１０５で値を調整することで、図６（ｄ）に示すように、信号Ｓ５では不要なパルスの振幅のレベルは小さくなる。検出装置１００ではその後、第２乗算手段１０７で信号Ｓ６を利用して第２乗算処理を施した後、第３乗算手段１０９で第３乗算処理を施すことで、図６（ｅ）に示す信号Ｓ７のようにノイズ部分の振幅のレベルは小さくなる。したがって、補正手段１１０で信号Ｓ７を補正した信号Ｓ８は、図６（ｆ）に示すように不要なパルスは除かれ、必要なパルスのみが表わされている。
【００３７】
上述したように、本発明に係るパルスの検出方法によれば、受信する信号のパルス幅を利用してパルスを検出するのではなく、まず信号と遅延信号の相関処理（乗算）によってパルスの検出を行ない、その後に信号と遅延信号の相関処理（乗算）によってツインパルスの検出を行なう。これにより、本発明に係るパルスの検出方法では、マルチパルス妨害を受けたパルスやノイズが重畳されたパルスであっても、パルスの検出を可能としている。
【００３８】
このように、本発明において相関処理によってパルスの検出およびツインパルスの検出を可能とするのは、航空機とＤＭＥとの距離測定の際に送受信される信号が所定のパルス幅およびパルス間隔のツインパルスであることによる。
【００３９】
なお、上述の説明は、検出装置１００がＤＭＥ１の内部に備えられ、航空機２のインタロゲータ２０から受信したパルスを検出する一例であるが、同様の構成の検出装置を航空機２に備えることもできる。航空機２に備えられる検出装置の場合、検出装置はＤＭＥ１から航空機２に送信されたパルスを検出する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る検出方法が実現される検出装置の構成を表わすブロック図である。
【図２】図１の検出装置において処理される理想的な信号の一例である。
【図３】図１の検出装置において処理される信号の一例である。
【図４】図１の検出装置において処理されるマルチパス妨害を受けた信号の一例である。
【図５】図１の検出装置において処理されるノイズが重畳された信号の一例である。
【図６】図１の検出装置において処理されるマルチパス妨害とともに、ノイズが重畳された信号の一例である。
【図７】ＤＭＥと航空機について説明する図である。
【図８】ＤＭＥ／Ｎモードのパルスの送受信について説明する図である。
【図９】ＤＭＥ／Ｎモードのパルスの検出について説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…ＤＭＥ
１０…トランスポンダ
２…航空機
２０…インタロゲータ
１００…検出装置
１０１…ＬＰＦ
１０２…微分手段
１０３…第１遅延手段
１０４…第１乗算手段
１０５…調整手段
１０６…第２遅延手段
１０７…第２乗算手段
１０８…第３遅延手段
１０９…第３乗算手段
１１０…補正手段
１１１…検出手段
【図１】
2009139265.tif 000003
【図２】
2009139265.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009139265.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2009139265.tif 000009
【図８】
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【図９】
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