電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

12. SSRモードSネットワークの評価試験について
航空施設部
1.まえがき※宮崎 裕己 三吉

禎

一つでもあり､これらんのことから､我が国におけるモードSネットワーク技術を確立してお現用の二次監視レ‑ダ(SSR)の監視機能を向上するとともにデータ通信機能を付加した
SSRモードS (以下モードSという)は次世代のSSRとして期待されている｡当所ではSSR
モードS実験システムを開発し監視機能およびデータ通信機能について評価試験を行ってきた。評価試験の結果､モードS実用化の目処が得られたことから､我が国においてもモードSの整備が計画され､現在､監視機能から導入することとなっている。
このモードSはネットワーク化を図ることにより､モードSが持つ優れた機能および性能を十分に発揮させて､効率的で信頼性の高い航空機監視と空地データ通信を提供することができる｡ また､モードSは航空通信ネットワーク(ATN)における空地サブネットワークのくことが必要である。
当所では､モードSネットワーク評価シス
テムを開発し 、機能および性能の評価試験を実施して､ネットワークの諸機能について国際民間航空機関(ICAO)の規定等の検証を進めてきた。
本報告では､モードSネットワークの概要を述べ､当所が開発したモードSネットワー
ク評価システムを説明し､モードSネットワークの機能および性能について評価試験を行った結果を示す。
2.モードSネットワークの機能
2.1 モードSネットワークの構成
図1にモードSネットワークの構成を示す。

機上データリンク処理装置
モードSトランスポンダ

ISO8208インタフェースモードS固有インタフェース

図1

襄 古賀

モードSネットワークの構成

一51−

電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

モードSネットワークはモードSセンサ(以下センサという)､地上データリンク処理装置(GDLP)､管制施設､航空機に搭載されるモードSトランスポンダおよび機上データリンク処理装置(ADLP)等により構成される。モード
Sは､重複覆域を持つセンサをネットワークを用いて管理および調整することで､電波伝搬上の制約を超えた一つの大きな覆域を形成して､効率的で信頼性の高い航空機監視と空地データ通信を提供することができる｡外部との接続形
態には､ ATNルータを経由して他のサブネットワークに接続されるISO8208インタフェー
スと､直接に管制施設等に接続されるモ‑ドS

このため、あるセンサが航空機をロックアウト
すると、ネットワークを構成する他センナの一括質問にも応答しないので、フルーツ干渉を軽減できる。
当所の評価システムでは、センサに回線障害が発生して調整が取れなくなった場合、当該センサの運用モードを自動的に独立モードに切り替えて、運用を継続できるようにした。
（2）覆域管理
ネットワーク管理では覆域マップを用いて各センサの覆域を管理する。図2に覆域マップを示す。覆域マップはセンサの覆域を方位および距離方向にセルと呼ばれるブロックに分割し固有インタフェースの二つの方式がある。モードS固有インタフェースは､データ転送プロトコルを簡易化して､管制通信への適合性を高たものである。各セルではセンサの最低監視可めた方式で､スタンドアローン型と呼ばれている。当所ではスタンドアローン型のモードSり当てる。

ネットワークを構築し評価試験を行った。
2.2

能高度によりセンサの優先順位を決定し、これに基づいて監視とデータ通信を行うセンサを割
当所の評価システムでは、各センサに覆域マップを持たせ、センサ毎に優先順位を管理させている。

モードSネットワークの機能

2.2.1 ネットワーク管理(1)モードSセンサの運用モード
モードSでは覆域に入った航空機を一括質問により捕捉すると､以後､ 一括質問に応答しないようにロックアウトして､個別質問により監視とデータ通信を行う。センサには識別コー
ド(以卜Ⅱコード)が付与されており､航空機はⅡコード毎にロックアウトされる。
モードSセンサの運用には､ネットワークを利用してセンサ間で調整が行われる調整モードと､調整が行われない独立モードがある。独立モードでは､各センサが独立に一括質問して航空機を捕捉しロックアウトする。このため､センサの密集した空域では､航空機はあるⅡコードのセンサにロックアウトされても､他のⅡコードを持つ全てのセンサの一括質問に対して応答するので､フルーツの発生が避けられない。一方､調整モードでは､一つのセンサが航空機を捕捉した後は､他のセンサはネットワークを経由して転送される航空機情報こ基づいて個別質問を行い､航空機の監視を開始するので､各センサに共通のⅡコードを付与できる。

図2−52−

覆域マップ

電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）(3)航空機情報の転送

2.2.2

航空機が覆城境界を通過して割り当てセンサが変わる場合､新たな割り当てセンサに航空機情報(トラックデータ)が転送される。トラック

モ‑ドS固有サービスでは､以下の3種類のプロトコルが用意されている｡(l)地上喚起ダウンリンク(GICB)

データには航空機のアドレス､位置および速度等の情報が含まれており､新たな割り当てセン
サは､この情報をもとに航空機追尾を開始する

GICBはリアルタイムでの情報送信を実現するために開発されたプロトコルで､航空管制に必要な機上データを迅速に取得する場合に利用ので､効率的に連続した監視を行うことができされる。ヨーロッパでは､ GICBを利用して航空機の位置､速度､機首方向等の機上データをまた､センサにコーストが発生した場合､他ダウンリンクし､航空機の位置予測精度を高めて監視機能を強化するDAPs(Downlinkedの割り当てセンサからコース卜した航空機のトラックデータが転送されるので､航空機の監視を継続することができる｡
当所の評価システムでは､トラックデータの転送は､各センサが管理している割り当てセンサ情報を基にGDLPにより制御される｡(4)データリンクメッセージの転送制御
GDLPは､センサより送られてくる航空機情報に基づきアップリンクメッセ‑‑ジの転送ルートを決定する｡また､ GDLPはメッセージの転送ルート情報をADLPに通知する。ADLP
はこのルート情報に基づいてダウンリンクメッセージの送信ルートを決定する。ADLPよりルート情報の更新要求があった場合は､ GDLP

モードS固有サービス

Aircraft Parameters)の評価計画を進めている。

(2)モードS固有プロトコル(MSP)
MSPはISO8208の手順を簡易化することで最小のオーバーヘッドでデータを転送し､最小の遅延によりリアルタイムの情報送信を実行するプロトコルである。MSPは､モードSで取得した航空機周辺の交通状況をアップリンクしてパイロットに周辺の航空交通状況を把握させるTIS(Traffic Information Service)等に利用されている。

はルート情報をADLPに通知する。メッセー
ジの送信が失敗した場合､送信ルートを変更し(3)ブロードキャスト(放送)放送にはアップリンク放送とダウンリンク放送がある。アップリンク放送は､覆域内の多数の航空機に同時にアップリンクメッセージを送てメッセージの再送を実行する。
当所の評価システムでは､ターゲットに対し信できるプロトコルで､ DGPSの補正情報の送信等に利用することが考えられている。ダウて優先順位の最も高いセンサ(プライマリセンサ)がアップリンクメッセージの送信､およびダウンリンクメッセージの受信を行うようにしンリンク放送は､当該航空機を監視する複数の(5)障害発生時の処理センサに障害が発生した場合､他の割り当てセンサが覆域を拡大して､障害センサの覆域における監視とデータ通信を代行する。また､障害センサが復旧した場合､ GDLPは復旧したセンサとターゲット情報の整合を取り､不整合センサに同時にダウンリンクメッセージを送信することができるプロトコルで､航空機のデータリンク能力および航空機識別符号(コールサイン)の変更通知等に利用される。
3.モードSネットワーク評価システム
図3に当所が開発したモードSネットワー
ク評価システムの構成を示す｡本システムでは､となったターゲットに対しては､他の割り当てセンサよりトラックデータが転送され､復旧しモードSセンサの他､複数のセンサの機能を模擬できる擬似モードSセンサを用いてネットワーク環境を形成している。マルチサイトタ

たセンサが迅速にターゲットを捕捉できるようにする。このように､センサ間で相互にバックーゲットシミュレータ(以下ターゲットシミュレータという)により模擬ターゲットを発生さアップすることで､監視とデータ通信の信頼性を高めることができる。

せ､シミュレーションによる評価試験を行った。
以下に各装置の機能を説明する。

−53−

電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）(1)モードSセンサ

質問応答の送受信､応答の信号処理､監視処理､データリンク処理､およびネットワーク管理等を行う｡ネットワーク管理では､覆域マップの管理､トラックデータの転送等を行う。
(2)擬似モードSセンサ
複数センサによるネットワーク環境を実現するためにセンサの機能を模擬する。本装置では、ネットワーク管理の機能試験を行うために､アップリンク送信の失敗模擬､センサ障害の模擬等を行えるようにした。
(3)地上データリンク処理装置
地上データリンク処理装置は､ ICAOが定めたモードSネットワークの規定に従って､ネットワーク管理､モードS固有サービス等の機能を実行する。ネットワーク管理では､センサプライオリティの決定､航空機情報の転送制
御､データリンクメッセージの転送制御等を行（4）マルチサイトターゲットシミュレータ
模擬ターゲットの発生および機上データリンク処理装置の機能模擬等を行い、マルチサイト環境下における模擬ターゲットの移動およびデータ通信を制御する。本装置では、シナリオ管理、データリンクメッセージの送受信制御、ロックアウト管理、ルート情報管理等を行う。
（5）ターゲット相関装置
複数センサから送られてくる監視情報を選択し、ターゲットを共通画面に表示させるために監視データの座標変換を行う。
（6）その他の装置
レーダ表示装置は監視情報に基づいてレーダ画面にターゲットを表示する。データ入出力装
置はアップリンクメッセージの入力およびダウンリンクメッセージの表示を行う。データ収集
装置は各センサより送られてくる監視情報およびデータ通信情報を収集する。データ解析装置
は収集したデータよりターゲットの航跡表示やネットワークの性能解析等を行う。
4．評価試験
当所で行ったモードＳネットワークの機能試験および性能試験の結果を示す。図4に重複覆域の形成状況および割り当てセンサを表す覆域マップを示す。図中、各エリアのリストはセンサの割り当て示し、上段が優先順位の高いセンサである。最大覆域は200ＮＭである。

図3

図4 評価試験に用いた覆域マップ

ネットワーク評価システムの構成−54−

電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

4.1機能試験
4.1.1 連続的な航空機監視始させ､モードSセンサがコースト発生を本試験では､トラック移送およびトラック補完等､航空機情報の転送制御に関するネットワークの諸機能を確認した.。図5(a)(b)に本試験におけるネットワーク制御メッセージ等の流れ対して､コースト状態であるターゲットのトラックデータをモードSセンサに補完するように要求する。モードSセンサは補完されたトGDLPに通知すると､ GDLPは擬似センサにを示す。
(1)トラック移送
ターゲットがモードSセンサの覆域に進入して､擬似センサにおいてモードSセンサが新たに割り当てセンサに追加されると､ GDLPが擬似センサにトラックデータの転送を要求する。移送されたトラックデータによりモードSセンサがターゲットを捕捉すると､ GDLPは擬似センサに対してトラックデータの転送中止を要求する。
(2)トラック補完

ラックデータにより当該ターゲットの監視を継続し､コーストが解除されると､当該ターゲットを再捕捉する。
4.1.2 効率的な空地データ通信
本試験では､アップリンクおよびダウンリンク等､データリンクメッセージの転送制御に関するネットワークの諸機能を確認した｡図6(a)(b)に本試験におけるネットワーク制御メッセージ等の流れを示す。
(1)アップリンク
データ入出力装置によりターゲットに対してターゲットシミュレータによりコーストを開(a)トラック移送（ｂ）トラック補完
図5※ターゲットシミュレータにて操作

航空機情報の転送制御に関するネットワーク制御メッセージの流れ−55−

電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

アップリンクメッセージを送信すると､当該タ(2)ダウンリンクーゲットに対してプライマリであるモードS擬似センサが新たにターゲットを捕捉し､メッセージの転送ルートが増えると､ GDLPより当該ターゲットに対してルート情報が転送さ

センサ経由で､ターゲットシミュレータがメッセージを受信する。境界通過によるセンサの割れる。当該ターゲットはこのルート情報に基づいてダウンリンクメッセージを送信する。ター
ゲットシミュレータよりルート情報更新要求がり当て順位の変動により､プライマリセンサが擬似センサに切り替わった後にアップリンクメ
ッセージを送信すると､ターゲットシミュレー
タは擬似センサ経由でメッセージを受信する。
擬似センサにおいてアップリンク送信の失敗を送信されると､ GDLPが当該ターゲットに対してルート情報を送信する。

模擬させると､ GDLPはモードSセンサをプライマリに切り換えて､モードSセンサ経由でメッセージが再送される。

4.1.3 相互バックアップによる信頼性の向上
本試験では､センサ障害時の処理および障害復旧時の処理等､障害発生時の処理に関するネ(a)アップリンク※データ入出力装置にて入力（ｂ）ダウンリンク
図6

データリンクメッセージの転送制御に関するネットワーク制御メッセージの流れ−56−電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

ットワークの諸機能を確認した。図7(a)(b)に4.1.4

モードS固有サービス

本試験におけるネットワーク制御メッセージ等の流れを示す。

本試験では､ GICBプロトコル､モードS固有プロトコル､放送プロトコルについて､デー(1)センサ障害時の処理
擬似センサに障害が発生すると､ GDLPがモードSセンサにセンサ障害発生を通知し､タ入出力装置とマルチサイトターゲットシミュレータとの間で空地データ通信を行い､各プロモードSセンサが覆域を拡大して､当該覆域における監視およびデータ通信を継続する。
(2)障害復旧時の処理
擬似センサの障害が復旧すると､ GDLPが擬似センサに対してターゲット情報を要求し､情報の整合を取る。不整合となったターゲットに対しては､ GDLPがモードSセンサにトラックデータの転送を要求し､擬似センサは転送されたトラックデータによりターゲットを捕捉する。

トコルが正常に機能していることを確認した｡
4.2

性能試験

(1)トラック補完による再捕捉時間の比較
ネットワークを用いて運用すると､センサにコーストが発生した場合､隣接センサよりトラックデータが補完され､コースト状態であるターゲットの監視を継続できる。コーストを解除してから個別質問に移るまでの時間を､ネットワークを用いて運用した場合と単独で運用した場合とで比較した。

（a）障害発生時の処理※データ入出力装置にて入力（b）障害復旧時の処理
図7 障害発生時の処理に関するネットワーク制御メッセージの流れ−57−

電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

表1に試験結果を示す。対象機数は32機である。ネットワークを用いて運用した場合は､を述べ､当所が開発したネットワーク評価システムを説明し､ネットワークの機能および性能平均約8秒で個別質問に移行しているが､単独で運用した場合は平均約12秒で移行する結果となった｡これより､ネットワークを用いて運用すると､コース卜した航空機を素早く再捕に関する評価試験結果を示した。機能試験では､ネットワーク管理およびモードS固有サービス等､ネットワークの諸機能が正常に機能していることが確認できた。性能試験では､ SSR捉でき､信頼性の高い運用を行えることが分か

モードSはネットワーク化を図ることにより､効率的で信頼性の高い運用を行えることが分か(2)センサ復旧後のターゲット捕捉時間の比較
ネットワークを用いて運用すると､障害センった。今後は､ネットワーク化によるメッセー
ジ転送率の向上､およびフルーツ干渉の軽減等

サが復旧した場合､隣接センサがトラックデータを転送して､ターゲットの捕捉をサポートする。障害センサを復旧させ､復旧してから覆域の性能試験を行い､ネットワーク環境下におけるモードSの性能を把握して､我が国の航空管制に適合したSSRモードSの検討を進めて内の全てのターゲットが個別質問に移るまでの時間を､ネットワークを用いて運用した場合といく計画である。

単独で運用した場合とで比較した。
表2に試験結果を示す。対象機数は16機である。ネットワークを用いて運用した場合は､[参考文献](1)ICAO:Aeronautical Telecomminications
Annex10 Volume4(SURVEILLANCE RADER AND

13秒で全ターゲットが個別質問に移行しているが､単独で運用した場合は､約28秒で全ターゲットが移行する結果となった。これより､ネットワークを用いて運用すると､障害センサ(2)三吉襄､宮崎裕己､ 古賀禎:SSRモードS
システムの研究その1 モードSシステムの開発と監視機能の評価試験について､要が復旧した後､迅速に航空機を捕捉できるので､効率的な運用を行えることが分かる。

望研究報告､平成12年9月(3)宮崎裕己､三吉襄､古賀禎:SSRモードS

これらの性能試験の結果より､ SSRモードSはネットワークを用いた場合のほうが､効率的の開発と監視機能の評価試験､電子航法研
究所報告､ NO.92､ 1999年1月

で信頼性の高い運用を行えることが分かる。
5. まとめ
本報告では､モードSネットワークの概要
表1

COLLISION AVOIDANCE SYSTEMS), 1998

(4)古賀禎､三吉襄､宮崎裕己:SSRモードSのデータリンク評価試験の結果について､
電子航法研究所報告､ NO.96､ 2001年1月(5)古賀禎､三吉襄､宮崎裕己:SSRモードS
システムの研究その2 データリンク機能とその評価試験について､要望研究報告､
平成13年2月

トラック補完による再捕捉時間の比較
ネ ッ トワー ク

単 独運 用

総 機数

32 機

32 機

最 小値

4 .24 0 [s]

9 .2 4 0[ s]最 大値

14 .7 10[ s]16.2 0 0[ s]平均値

8 .4 88 [s]12.6 3 2 [s](6)宮崎裕己､三吉襄､古賀禎:SSRモードS
ネットワークの開発について､第31回電子航法研究所研究発表会講演概要､平成11年6月､ pp.29‑32(7) ICAO:Aeronautical Telecommunications

表2 センサ復旧後の捕捉時間の比較
ネ ッ トワー ク

単独 運用

16 機

16 機

12 .20 0[ s]12 .3 10 [s]最大値

13 .00 0[ s]2 8 .47 0[ s]

平 均値

12 .6 63 [s]19 .00 1 [s]

総機数
最 小値

Annex10 Volume3(PART1‑DIGITAL DATA COM‑MUNICATION SYSTEMS), Chapter5,1995(8)ICAO:Manual of The Secondary Surveil‑
lance Radar(SSR)Systems, Doc 9684, 1998
(9)ICAO: Manual on ModeS Specific, Service,
Doc 9688‑AN/952, 1997

−58−