JP5570964B2

JP5570964B2 - 地上装置

Info

Publication number: JP5570964B2
Application number: JP2010286880A
Authority: JP
Inventors: 恒大友
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: JP2012132858A

Description

本発明の実施形態は、航空機から送信されたデータを受信して処理する地上装置に関する。

航空機の飛行の安全を図るため、航空機は、質問信号や応答信号を送受信するＳＳＲ装置（モードＳ二次監視レーダ装置）等のレーダを利用して監視されている。また、航空機同士の衝突を防止するために航空機同士で位置情報を交換する放送型自動従属監視（ＡＤＳ−Ｂ：Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）も利用されている。その他、地上装置が地上で収集した航空機の飛行情報を航空機に送信する放送型トラフィック情報サービス（ＴＩＳ−Ｂ：Traffic Information Service-Broadcast）も利用されている。

ＡＤＳ−Ｂ又はＴＩＳ−Ｂを利用すると航空機の絶対位置を知ることができる。しかしながら、従来のＳＳＲ装置等においては航空機から自装置までの相対距離しか知ることができない。そのため、航空機の絶対位置を特定するために自装置の位置を正確に把握している必要がある。地上装置で自装置の位置の設定には、オペレータによって入力した位置や、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して特定した位置を利用している。

特開２００４−１７０１１４号公報

Michael C. Stevens "Secondary Surveillance Radar" 1988, ISBN 0-89006-292-7.

しかしながら、オペレータによる入力操作を利用する場合、入力ミス等により正確な位置を設定することができない可能性があった。また、ＧＰＳを利用する場合、ＧＰＳ用のアンテナや受信機等を地上装置に追加する必要があった。

したがって本発明は、航空機が送信する信号に含まれる位置情報から、容易な構成で正確に自装置の位置を特定する地上装置を提供する。

本発明の実施形態に係る地上装置は、距離特定手段と、位置特定手段とを備える。距離特定手段は、第１信号を送信した航空機の位置である第１送信位置から前記地上装置までの距離と、第１送信位置から移動後に第２信号を送信した当該航空機の位置である第２送信位置から前記地上装置までの距離とをそれぞれ求める。位置特定手段は、前記距離特定手段によって、航空機と前記地上装置との距離が複数求められると、求められた複数の距離を用いて当該地上装置の位置を特定する。

実施形態に係る地上装置の構成を説明するブロック図である。図１の地上装置で利用する航空機からの受信信号を説明する図である。図１の地上装置と異なる時刻における航空機の位置関係を説明する図である。図１の地上装置と異なる時刻における異なる２機の位置関係を説明する図である。地上装置の位置の特定方法を説明する図である。

以下に、図面を用いて実施形態に係る地上装置について説明する。実施形態に係る地上装置１は、地上に設置され、航空機のトランスポンダから送信される信号を受信して処理し、航空管制に利用する装置である。この地上装置１が処理に使用する信号は、モードＳの拡張スキッタである。また、この地上装置１では、モードＳの拡張スキッタに含まれる位置情報を利用して、自装置の位置を特定する。

図１に示すように、地上装置１は、信号の送受に利用するアンテナ１０と、信号を受信する受信器１１と、受信した信号を解析する解析器１２と、解析した信号を処理する信号処理部１３と、受信する信号から自装置の位置を演算する演算部１４とを備えている。

受信器１１は、受信した信号を信号の受信時刻とともに解析器１２に出力する。また、解析器１２は、入力した信号を解析し、解析した信号を信号の受信時刻とともに、信号処理部１３及び演算部１４に出力する。ここで、解析器１２が出力する信号は、図２に一例を示すように、信号を受信した「時刻」と、信号を送信した航空機を特定する「航空機識別子」と、航空機の位置を表わす「位置データ」と、航空機の飛行の状態を表す「飛行データ」とを含んでいる。位置データは、航空機の「緯度」、「経度」及び「高度」を含み、飛行データは、航空機の「上昇率」、「対地速度」及び「機首方向」を含んでいる。

演算部１４は、解析器１２から入力した信号から、自装置の位置を特定するため、距離特定手段１４１と位置特定手段１４２とを備えている。

図３に示すように、地上装置１がＸ点にあり、ある航空機がＡ点（第１送信位置）で時刻Ｔａに信号（第１信号）を送信後、Ｂ点（第２送信位置）に移動した時刻Ｔｂにて再び信号（第２信号）を送信したとする。この場合、Ａ点の位置は第１信号に含まれており、Ｂ点の位置は第２信号に含まれているため、地上装置１は、Ａ点とＢ点とを把握することができる。また、受信器１１で第１信号の受信時刻Ｔｘａと第２信号の受信時刻Ｔｘｂとを計時しているため、地上装置１では、第１信号の受信時刻Ｔｘａと第２信号の受信時刻Ｔｘｂとも把握することができる。さらに、第１信号の送信時刻Ｔａから第２信号の送信時刻Ｔｂまでに要した時間ｔｌは、距離Ｌと受信した信号の飛行データから求めることができる。

距離特定手段１４１は、まず、受信した信号に含まれるＡ点の位置情報とＢ点の位置情報を用いて、第１信号を送信した航空機の位置であるＡ点から第２信号を送信した当該航空機の移動後の位置であるＢ点までの距離Ｌを求める。または、距離特定手段１４１は、この距離Ｌと受信した信号に含まれる航空機の移動速度と機首方向を利用して、この距離Ｌの移動に要した時間ｔｌを求める。

ここで、Ａ点からＸ点までの距離をＲとし、Ｂ点からＸ点までの距離を（Ｒ＋Ｄ）としたとき、距離Ｄは、Ｘ点からＡ点までの距離と、Ｘ点からＢ点までの距離との差であって、仮に、Ｘ点を中心とする半径Ｒ上にＡ点とＢ点とがあるとき、Ｄ＝０となる。すなわち、図３に示すように航空機が地上装置１の位置であるＸ点から離れるように移動しているとき、距離Ｄは正の値となって、第２信号の送信から受信に要する時刻（Ｔｘｂ−Ｔｂ）は、第１信号の送信から受信に要する時刻（Ｔｘａ−Ｔａ）よりも距離Ｄに応じて長くなる。また、仮に、図３に示す例とは異なり、航空機が地上装置１の位置であるＸ点から近づくように移動しているとき、距離Ｄは負の値となって、第２信号の送信から受信に要する時刻（Ｔｘｂ−Ｔｂ）は、第１信号の送信から受信に要する時刻（Ｔｘａ−Ｔａ）よりも距離Ｄに応じて短くなる。

距離特定手段１４１は、Ａ点からＢ点への移動（距離Ｌの移動）に要した時間ｔｌを求めると、求めた時間とＴｘａとＴｘｂとの受信時刻の差を利用して距離Ｄを特定する。すなわち、Ｄ＝０であれば、Ａ点からＢ点への移動に要した時間は、第１信号の受信時刻Ｔｘａと第２信号の受信時刻Ｔｘｂの差と等しくなるため、（Ｔｘｂ−Ｔｘａ−ｔｌ）を利用して距離Ｄを特定することができる。具体的には、受信時刻Ｔｘａと受信時刻Ｔｘｂの差（Ｔｘｂ−Ｔｘａ）が、航空機がＡ点からＢ点の移動に要した時間ｔｌより長いとき、Ｄは正の値となり、受信時刻Ｔｘａと受信時刻Ｔｘｂの差（Ｔｘｂ−Ｔｘａ）が、航空機がＡ点からＢ点の移動に要した時間ｔｌより短いとき、Ｄは負の値となる。

距離特定手段１４１は、距離Ｄを求めると、余弦定理により距離Ｒを求める（式１）を生成する。

（Ｒ＋Ｄ）²＝Ｒ²＋Ｌ²−２ＲＬｃｏｓθ…（式１）
（式１）において、距離Ｒと角度θは未知数である。

ここで、仮に距離Ｒと距離（Ｒ＋Ｄ）が定まると、Ａ点から距離Ｒであって、Ｂ点から距離（Ｒ＋Ｄ）の点をＸ点として求めることができる。すなわち、Ｘ点は、Ａ点から半径Ｒの円周かつＢ点から半径（Ｒ＋Ｄ）の円周上に存在することになる。しかしながら、Ｘ点とともにＸ１点もＡ点から半径Ｒの円周かつＢ点から半径（Ｒ＋Ｄ）の円周上の点である。

したがって、地上装置１は、１機の２点の移動に関するデータからＸ点の位置（地上装置１の位置）を決定するのではなく、複数の航空機についてＸ点との距離を求め、Ｘ点の位置を決定する。または、地上装置１は、１機の３点以上の移動に関するデータからＸ点の位置を決定する。そのため、距離特定手段１４１は、複数の航空機についての方程式を生成したり、移動する１機の３点以上について方程式を生成する。このとき、地上装置１は、１機の３点以上の位置に関するデータを利用するよりも、複数の航空機の移動に関するデータを利用するほうが、より正確に地上装置１の位置を特定することができる。

なお、演算部１４が演算する場合、例えば直進水平飛行をしている航空機のような安定した運動をしている航空機に関するデータを抽出して演算することが望ましい。具体的には、演算部１４は、位置データの「機首方向」、「速度」、「効果率」を移動前と移動後で比較して変化のないデータすなわち等速運動をしている機体を抽出して利用することが望ましい。

距離特定手段１４１は、Ａ点からＢ点へ移動した航空機に関するデータを利用して距離Ｒを求める（式１）を生成するとともに、図４に示すようなＡ’点からＢ’点へ移動した別の航空機に関するデータを利用して、余弦定理により距離Ｒ’を求める（式２）を生成する。

（Ｒ’＋Ｄ’）²＝Ｒ’²＋Ｌ’²−２Ｒ’Ｌ’ｃｏｓθ’…（式２）
（式２）において、距離Ｒ’と角度θ’は未知数である。

その後、距離特定手段１４１は、距離Ｒ、角度θ、距離Ｒ’及び角度θ’を満たすように（式１）と（式２）との連立方程式を解いて距離Ｒと距離Ｒ’を求める。なお、２式のみで求められない場合には、さらに複数の機体のデータを利用して求める。

位置特定手段１４２は、距離特定手段１４１によって信号送信時の航空機の位置からＸ点までの距離が求められると、地上装置１の位置の候補を複数特定する。図５の例では、Ａ点を中心とした半径ＲとＢ点を中心とした半径（Ｒ＋Ｄ）とが交わる点（Ｘ点とＸ１点）と、Ａ’点を中心とした半径Ｒ’とＢ’点を中心とした半径（Ｒ’＋Ｄ’）とが交わる点（Ｘ点とＸ２点）とを地上装置１の位置の候補とする。

また、位置特定手段１４２は、地上装置１の位置（Ｘ点の位置）を特定する。すなわち、位置特定手段１４２は、複数の航空機に関するデータから特定されたＸ点の候補が一致する位置を地上装置１の位置として特定する。

なお、位置特定手段１４２は、Ｘ点の候補が近接するが一致しない場合、近接する複数のＸ点の候補を利用して、Ｘ点を特定する。すなわち、更新間隔誤差による位置データの誤差や距離Ｄの計測誤差によって距離特定手段１４１によって特定される値は誤差によってずれている可能性があるため、複数のＸ点の候補の重心をＸ点として特定する。

上述したように、実施形態に係る地上装置１では、容易な複数の航空機から送信された信号や同一航空機の複数の位置から送信された信号に関するデータを利用して位置を特定することができる。したがって、地上装置１の設置時に位置を入力したり、ＣＰＳを利用して位置を特定する必要もなく、地上装置１では容易に位置を設定することができる。

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。

１…地上装置
１０…アンテナ
１１…受信器
１２…解析器
１３…信号処理部
１４…演算部
１４１…距離特定手段
１４２…位置特定手段

Claims

航空機から送信された送信時刻、当該航空機の識別子、当該航空機の位置及び飛行データを含む信号を受信して処理する地上装置であって、
航空機から送信された送信時刻、当該航空機の識別子、当該航空機の位置及び飛行データを含む第１信号を送信した航空機の位置である第１送信位置から前記地上装置までの距離と、第１送信位置から移動後に当該航空機から送信された送信時刻、当該航空機の識別子、当該航空機の位置及び飛行データを含む第２信号を送信した当該航空機の位置である第２送信位置から前記地上装置までの距離とをそれぞれ求める距離特定手段と、
前記距離特定手段によって、第１送信位置から前記地上装置までの距離と第２送信位置から前記地上装置までの距離が複数組求められると、各組の第１送信位置から前記地上装置までの距離と第２送信位置から当該地上装置までの距離に対し、当該地上装置の位置の候補をそれぞれ特定するとともに、複数の位置の候補が特定されると、複数の位置の候補が一致する位置又は隣接する複数の位置の候補から求められる位置を当該地上装置の位置として当該地上装置の位置を特定する位置特定手段と、
を備えることを特徴とする地上装置。