JP2638246B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、近距離航法システムであるDME（Distance
Measuring Eqipment）システムの地上装置たるトランス
ポンダのセンサ装置に関する。

［従来の技術］ DMEシステムは、航空機に搭載されるDME機上装置（イ
ンタロゲータ）と、DME地上装置（トランスポンダ）と
から構成され、いわゆる二次レーダ方式で、航行中の航
空機に対してDME地上局からの距離情報を提供するもの
である。即ち、インタロゲータの発射した質問パルスを
受信したトランスポンダは、所定の遅延時間（50μｓ）
後に応答パルスを送信するようになっており、インタロ
ゲータは質問パルスを発射してから応答パルスを受信す
るまでの時間を求め、50μｓの遅延時間を差し引くこと
により、DME地上局からの距離情報を得るようになって
いる。

このDMEシステムでは覆域と距離精度を規定値以上に
維持する必要が有り、トランスポンダは受信感度が−95
dBm以下、応答遅延時間（50μｓ）の許容値が±1.0μｓ
以内と規定されている。

トランスポンダのセンサ装置は、トランスポンダの諸
機能について現在の性能が如何なる値であるかを遠隔で
センサ装置に入力される計測指令に従って計測するもの
である。

トランスポンダの性能のうち、前述した受信感度（−
95dBm以下）と、応答遅延時間（50μｓ±１μｓ）につ
いては、センサ装置（または監視装置）から質問パルス
を発射し、それをトランスポンダが受信処理後、応答パ
ルスとして発射するのでこの時間関係を計測している。
更に、受信感度においては、レベル−90dBmで質問し、
これに対する応答率を求めている。従って応答率は計測
しても現在の受信感度は如何なる値であるか不明であっ
た。

このような従来のセンサ装置およびトランスポンダ装
置は、例えば第４図および第５図に示すように構成され
ている。

以下、第４図および第５図を参照して従来の装置の動
作概要を説明する。

第４図において、パルス発生器21は第６図（イ）にし
めすように対パルスからなる質問パルスたる質問用変調
パルスａを発生する。

この質問用変調パルス（質問パルス）ａは、第７図に
示すように、1/2振幅点で規定してパルス間隔が12±0.2
5μｓ、パルス幅が3.5±0.5μｓの対パルスで構成さ
れ、その繰り返し周波数は例えば25PPPS（Pulse Pair P
er Second）である。なお、パルス立上り時間および立
下り時間は3.0μｓ以下の所定値と規定されている。

この質問用変調パルスａは、信号発生器22が発生する
搬送波信号を変調して1GHzの質問信号ｂとなる（第６図
（ロ）。そして、この質問信号ｂは、その一部が検波器
25で検波されて検波信号Ｃとなる（第６図（ハ））。

これは従来のセンサ回路27へ送られ、応答遅延時間を
計測するためのスタート基準用に使用され、かつ受信感
度（質問に対する応答率）の信号処理用に使用される。
更に、質問信号ｂ（0dBm）は、可変減衰器23で所定の値
（60dB）だけ減衰され、サーキュレータ24から方向性結
合器２（30dB）をへてトランスポンダ３の受信機５へ質
問レベル−90dBmで加えられる。

受信機５に加えられた質問信号ｂは、バンドパスフィ
ルタ６およびミキサ７を経て中間周波増幅器８で増幅検
波されて検波信号ｄとなり、デコーダ９へ入力される。
デコーダ９は、検波信号ｄの1/2振幅点を検出し、スペ
ーシングが12μｓの質問パルスをデコードする。そして
デコードされた質問パルスは、遅延回路10にて所定時間
まで遅延されてコーダ11へ入力され、これによりコーダ
11は所定スペーシング（12μｓ）をもつ応答パルスを発
生する。

応答パルスは、送信機12、デュープレクサ４を介して
空中線１から応答信号として無線送信されるが、その一
部は方向性結合器２からセンサ装置20のサーキュレータ
24を経て検波器26で検波され、検波信号ｅとなる（第６
図（ホ））。検波信号ｅは、従来のセンサ回路27に応答
パルスとして加えられる。従来のセンサ回路27は前述し
た質問パルスの検波信号ｃから応答パルスの検波信号ｅ
までの時間を応答遅延時間として計測し、更に質問数
（25PPPS）に対する応答数を計数して、次の（１）式よ
り （応答率）＝（応答数）／（質問数）……（１） 応答率を求めていた。

具体的には、応答遅延時間は50±１μｓと規定されて
いるので、計測範囲は、ジッタを考慮し、十分余裕を見
て、質問パルスの1/2振幅点から47μｓ後にゲート幅６
μｓ（50±３μｓ）のゲートパルスｆ（第６図（ヘ））
を作り、このゲートパルスと応答パルスの1/2振幅点ｇ
（第６図（ト））との論理積（AND）をとり、論理積の
出力において得られた信号の時間を応答遅延時間とし、
得られた信号の数を上記（１）式より計算して応答率を
求めていた。

すなわち、トランスポンダの受信感度は、質問数に対
する応答数の割合が70％の点を受信感度と規定されてい
るので、従来受信感度の測定は、検査員が計測するトラ
ンスポンダを予備機にし、計測器からの質問パルスを10
00ppsにし、70％応答の700ppsが得られる質問レベルを
計測していた。

トランスポンダの受信感度は、正常の場合−95dBm以
下（−96〜−98dBm標準）である。

受信感度の監視は、受信感度（規格値：−95dBm）よ
り5dB強い−90dBmの信号をトランスポンダに110pps以下
で質問し、何らかの故障でトランスポンダの受信感度が
5dB以上悪化した場合、アラームを発生するよう規定さ
れている。

従来のセンサ装置は、この監視機能の考え方から−90
dBmの質問信号を42ppsで発し、応答パルスを検出する±
３μｓのゲート幅に入るパルスの応答率が70％以下にな
ったときトランスポンダの受信感度が5dB以上悪化した
ものとしてアラームを発生させていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来のセンサ装置は、一定の質問レベル（−
90dBm）における応答率は求められるがトランスポンダ
が本来規定される−95dBm以下の如何なる値になってい
るかは求められないという欠点があった。

すなわち、この結果、従来のセンサ装置は、一定の質
問レベル−90dBmにおける応答率は求められるが、トラ
ンスポンダが規定される−95dBm以下の値がどのように
になっているかは求められないという欠点があった。

更に、運用中のトランスポンダに質問するパルス数の
合計は110PPPS以下（このうち50〜82PPSは監視装置が使
用）と規定されているため、運用側での計測には限りが
あった。

本発明は、このようなセンサ装置に対する性能向上の
要請に応えるべくなされたもので、その目的は、運用時
におけるトランスポンダの受信感度をDMEシステムに影
響を与えることなく、−95dBm以下まで正確に求めるこ
とができるセンサ装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明のセンサ装置は次の
ような構成を有する。

即ち、本発明のセンサ装置は、DMEシステムのトラン
スポンダのセンサ装置において、トランスポンダへ送出
する質問信号を発生した後の所定時間後に応答信号のジ
ッタを検出するゲート幅の異なる複数の信号を検出する
信号検出手段と、検出された信号の数を計測する信号数
計測手段と、計測された数から分布関数を使用して信号
対ノイズ比を算出処理する算出処理手段とを備えるよう
に構成される。

また、好ましくは、算出処理手段が使用する分布関数
が、標準正規分布関数であるように構成される。

［作用］ 上記構成のセンサ装置においては、受信機ノイズによ
り質問パルスが受けるジッタをゲート幅の異なる複数の
応答パルス検出用ゲートで確率分布関数を求め、統計的
手法により−95dBm以下の受信感度まで求めること、更
に質問パルスとしてトランスポンダの監視回路の信号と
兼用することで、運用に支障を来すことなく計測できる
ように作用する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、
まず、本発明によるセンサ装置の動作原理について説明
する。

実際のトランスポンダの受信機では、受信機ノイズ
（レーレー分布になるが広義のガウス雑音と考えガウス
分布を使用する。）が存在するので、中間周波増幅器の
検波出力は、第８図（イ）に示すように受信機ノイズが
重畳されたものになる。従って、検波出力の1/2振幅点
を検出する際に、その1/2振幅検出点は第８図（ロ）に
示すようにノイズにより所定ジッタ幅分変動することに
なる。

このときのジッタ幅δtr（実効値rms）は、固定スレ
ッショルドの場合、次の式（２）で与えられる。

なお、trはパルスの立上り時間、Ｓは信号レベル、Ｎ
は受信機ノイズのレベルである。

この場合、ジッタの分布は、受信機ノイズ（正規分布
で近似する）と、質問パルスの特性（パルス立上り時間
tr、質問レベルのS/N比）により決る正規分布第８図
（ハ）となり、所定の応答パルスゲート（第８図
（ニ））内に存在する応答パルスも次の式（３）で与え
られる標準正規分布関数Φ（Ｚ）から求められる。

例えば、第８図に示すように、パルスの立上り時間tr
＝１μｓ、質問レベルS/N＝14dB、応答パルスのゲート
幅±0.7μｓとした場合、このゲート幅内に存在する応
答パルスは次のようにして求められる。

（２）式より、 パルスの立上り時間 tr＝１μｓ 質問レベル S/N＝14dB（×5.01倍） 応答パルスのゲート幅 ±0.7μｓ としたときの、このゲート幅内に存在する応答パルスの
数は、次により求める。

（２）式より 標準偏差σ＝δtr＝0.45μｓに対する応答パルス0.7μ
ｓのゲート幅は、 0.7/δtr−σ＝0.7/0.45−σ＝1.555σ となる。

0.7μｓのゲート幅（1.555σ）内に存在する確率は、
標準正規分布関数（３）式より求められる。

標準正規分布関数Φ（ｚ）は、計算された表が既に存
在するので表の値よりΦ（ｚ）＝Φ（1.555）＝0.93943
と求まる。

有意水準α＝１−Φ（1.555）＝0.06057 故に、0.7μｓ内の確率は １−２（１−Φ（1.555））＝0.87886→87.9％ となる。

ここで、トランスポンダの受信感度は、最初、検査員
によって計測機を使用して計測されているので、既知と
なっている。一般的には−96〜−98dBmの値であるの
で、ここでは、計測値を−97dBmとしている。

なお、質問信号−90dBmのS/N比は、ノイズレベル−10
4dBmに対して14dBm強い信号であり、このときの受信感
度として、標準値−97dBmを使用している。

従って、質問パルスの最初の状態（既知）から、その
後の受信感度あるいはS/Nの変化状態は、その応答率を
計測することにより知ることが出来る。即ち、前述した
手順の逆より、応答率を知ることにより受信感度を求め
ることが出来る。更に、応答パルスを検出するゲート幅
に値の異なるものを複数用意することにより、その分布
関数がより正確に把握でき、受信感度の計測精度を向上
させることが出来る。

第１図および第２図は、本発明の一実施例を示すトラ
ンスポンダおよびそのセンサ装置を示す。

第１図および第２図において、本発明に関する部分
は、センサ回路30のうち、制御回路308、タイマ回路30
9、ゲート回路310〜311、計数回路312〜313、関数回路3
14である。他は従来技術と同じである。

第２図において、従来技術と同じであるタイマ回路30
3、ゲート回路304、計数数回路305から応答パルスのシ
ステムデレイを計測（偏差の中心を求める）し、その計
測値がタイマ回路309で発生するゲートパルスｈとｉ
（第３図（チ）（リ））の中心になるよう制御回路308
を動作させる。これによりトランスポンダの応答遅延時
間が変化しても追従できるようになる。

タイマ回路309からのゲート信号（ｈ、ｉ）と応答パ
ルス検出器307の出力ｇ（第３図（ト））は、ゲート回
路310〜トランスポンダ311で論理積（AND）をとり、さ
らにその出力は計数回路312〜313で計測される。これに
より応答パルスのジッタの分布が求まる。

関数回路314は、計数回路312〜313で求めた値（応答
率）から、標準正規分布関数を使用して信号対ノイズ比
を算出し、初期設定値（−90dBm）と比較し、応答率に
従った受信感度（応答率が70％となるときの質問レベ
ル）を出力する。例えば、初期の状態、質問パルスの立
上り時間tr＝１μｓ、質問レベル−90dBm（S/N＝14d
B）、応答パルスのゲート0.7μｓの応答率が87.9％であ
ると、このとき受信感度は−97dBm（応答率70％の点）
で与えられる。

その後、受信機の性能が劣化し、応答率が81.3％にな
った場合、感度が3dB低下したことが理解できるので、
受信感度は−97＋３＝−94dBmと出力される。

なお、質問パルスはトランスポンダの監視回路の信号
と兼用できるので、運用に支障なく計測できる。

［発明の効果］ 以上で説明したように、本発明のセンサ装置によれ
ば、受信機ノイズにより質問パルスが受けるジッタをゲ
ート幅の異なる複数の応答パルス検出用ゲートで確率分
布関数を求め、統計的手法により−95dBm以下の受信感
度を求めること、更に質問パルスとしてトランスポンダ
の監視回路の信号と兼用することで、運用に支障を来す
ことなく計測できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例にかかるトラ
ンスポンダおよびそのセンサ装置の構成ブロック図、 第３図は、動作タイムチャート、 第４図および第５図は、従来のトランスポンダおよびそ
のセンサ装置の構成ブロック図、 第６図は、動作タイムチャート、 第７図は、質問パルスの説明図、 第８図は、ジッタの分布特性の説明図である。 １……空中線 ２……方向性結合器 ３……トランスポンダ ４……デュープレクサ ５……受信機 ６……バンドパスフィルタ ７……ミキサ ８……中間周波増幅器 ９……デコーダ 10……遅延回路 11……コーダ 12……送信機 13……ローカル発振器 20……センサ装置 21……パルス発生器 22……信号発生器 23……可変減衰器 24……サーキュレータ 25……検波器 26……検波器 28……表示回路 30……センサ回路 310……ゲート回路 312……計数回路 303……タイマ回路 314……関数回路 305……計数数回路 304……ゲート回路 307……応答パルス検出器 308……制御回路 309……タイマ回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】DMEシステムのトランスポンダのセンサ装
   置において、トランスポンダへ送出する質問信号を発生
   した後の所定時間後に応答信号のジッタを検出するゲー
   ト幅の異なる複数の信号を検出する信号検出手段と、 前記検出された信号の数を計測する信号数計測手段と、 前記計測された数から分布関数を使用して信号対ノイズ
   比を算出処理する算出処理手段とを備えたことを特徴と
   するセンサ装置。
2. 【請求項２】前記算出処理手段が使用する分布関数が、
   標準正規分布関数であることを特徴とする請求項１記載
   のセンサ装置。