21．地上型衛星航法補強システムの基準局設置条件の検討

齊藤 真二，福島 荘之介
電子航法研究所 航法システム領域
平成 27 年 6 月 5 日

21．地上型衛星航法補強システムの基準局設置条件の検討

2015.06.05 第 15 回電子航法研究所研究発表会

地上型衛星航法補強システム（Ground-Based Augmentation System）
航空交通流の増加に伴い，効率の良い航法・進入方式の必要性が増大
GPS 等の GNSS (Global Navigation Satellite System) を用いた衛星航法への期
待の高まり

GNSS を用いた着陸システム
GLS (GBAS (GNSS) LandingSystem)

GPS衛星
GPS Satellites

ILS に代わる精密進入着陸システムとして期待
各国で導入に向けた動きが活発化
GBAS機上装置

GBAS の構成

GBAS Airborne Subsystem

補強情報
Augmentation Information

地上装置
基準局
データ処理機器
VDB 送信機器

滑走路
Runway

GBAS地上装置
GBAS Ground Subsystem

機上装置

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2015.06.05 第 15 回電子航法研究所研究発表会

GBAS の特長

地上から機上に VHF データ放送 (VDB) で補強情報を伝送
DGPS 補正情報
地上装置の情報
進入経路の情報      

複数経路に対応     

コスト削減
電波の有効利用     

    

柔軟な経路設定
騒音緩和
障害物件回避燃料削減
後方乱気流回避    +    "#$%&'()* 

!     "    

21．地上型衛星航法補強システムの基準局設置条件の検討

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2015.06.05 第 15 回電子航法研究所研究発表会

地上装置の設置場所の課題
VHF 送信アンテナ
GBAS のサービスを提供するエリア内において充分な電界強度が必要となる
10,000ft
85~1,900ft
0.9
3NM

20NM
23NM

VDB Coverage

大空港ではターミナルビル等で遮られる→ 複数の送信アンテナ・高い位置への設置

基準局
仰角 5 度以上の衛星が受信可能
周辺障害物からの反射回折の影響がない→ どのくらい離せば良いかを検討
電波干渉が無い
干渉源から 285m 程度離す必要（実験値，昨年度報告）
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GBAS 基準局

GPS アンテナ
マルチパス低減アンテナ
MLA（Multipath-LimitingAntenna）

GPS 受信機
CMA-4048
ナローコリレータ（相関器幅 0.1chip）

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GPS 受信機での信号捕捉

GPS 衛星信号
衛星毎に異なる PRN 符号でスペクトラム拡散
PRN（Pseudo Ramdum Noise：疑似ランダム雑音）

信号捕捉
捕捉したい衛星のPRN 符号と受信信 (a) 受信した
C/Aコード号の相関を取る(PRN符号)
受信信号の中にその (b) 受信機内のC/Aコード
衛星の信号があれば1chip相関値が大きくなる
そのピークを捕捉して測距する(a)と(b)の相関波形

コード追尾点0.1chip

ナローコリレータ
1chip

ワイドコリレータ

1023chip (1msec)

1023chip

相関波形はピークを中心に対称相関器ペアの出力が同じとなる点の中心がピーク
相関器ペアの幅が 0.1chip
ナローコリレータ

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反射波による測距誤差

反射波による相関カーブの歪み

直接波の相関反射波

反射波の相関+直接波

150

反射波による測距誤差

約 308m に相当

0.1chip R=0.5
0.1chip R=1.0
1.0chip R=0.5
1.0chip R=1.0

Range Error [m]100500-50(1.5,0)(1.05,0)-100
021．地上型衛星航法補強システムの基準局設置条件の検討

t=

直接波のみの相関に反射波のみの相関を加えた形状となる→ 相関波形が非対称となる
測距誤差が発生相関器幅と反射波の強度，反射波の遅延量に依存
相関器幅を n とすると，反射波の遅n
延が 1 + chip 以上の場合は，反射2波による測距誤差は生じない
0.1chip 幅の受信機→ 1.05chip

合成波の相関t

0.5

1Delay [chip]

1.5

2

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反射物との距離∆ = D*(1+cos(2EL))/cos(EL)D = ∆*cos(EL)/(1+cos(2EL))

直接波と反射波の行路差
行路差 ∆ > 308m であれば測距誤差が発生しない衛星仰角 EL とすると受信点と反射点の距離 D は∆ · cos(EL)D=1 + cos(2EL)となる
行路差 ∆ = 308m となるときの仰角と距離
右図

仰角 5 度のとき 約 155m
反射物と基準局の離隔距離

EL
D
166

D(x)

164
162
Distance [m]

衛星仰角と反射物までの距離

2EL

∆

160
158
156

154.6m1545deg

152
0

5

10

15

20

Elevation angle [deg]21．地上型衛星航法補強システムの基準局設置条件の検討

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障害物の許容高受信点からみた障害物の高さ H影響が生じない H の最大値

第 1 フレネル帯
送受信点間の第 1 フレネル帯内に障害物があると伝搬に影響
送受信点間の距離を d1 + d2 としたときの距離 d1 での第 1 フレネル帯の半径rはrd1 · d2と表される
r= λd1 + d2

許容高衛星仰角 EL，受信点と障害物の距離 D とすると
D · tan(EL) − r

EL = 5，D = 155，受信アンテ
ナ高 2m とすると，許容高はおよそ 10m となる
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r = sqrt(λ*d1*d2/(d1+d2))
H = D*tan(EL)-rd1r

ELHd2
d1=D/cos(EL)d2~20000km

D
20

D*tan(EL) - r(d1,d2)+Ant_H
D*tan(EL)+Ant_H

1816

第１フレネル帯

14Height [m]

許容高12

仰角５度

10m

10

許容高864155m

20050100
Distance [m]1502002015.06.05 第 15 回電子航法研究所研究発表会

離隔距離と許容高による領域区分

横軸を距離，縦軸を高さとして区分
赤線：距離に応じた許容高緑線：衛星仰角に対応した
高さ
B3

B1，B2，B3

反射物，障害物にならない領域
A1，B1

Height [m]反射波による影響がない領域
A3B2

固定物件

信号強度に影響する領域
A2，B2
移動物件

衛星からの信号を遮る領域

A2

B1

A1~155m
Distance [m]A3，B3

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隣接基準局との間隔

基準局

固定物件

約 2.5m 高のアンテナ
約 2m のアンテナマスト

領域 A1，B1→ 約 70m
20

D*tan(EL) - r(d1,d2)+Ant_H
D*tan(EL)+Ant_H

18
16~2.5m
Height [m]1412108
6~2m

4.5m

4270m

00

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50100
Distance [m]1502002015.06.05 第 15 回電子航法研究所研究発表会

空港内での障害物
誘導路・滑走路上の航空機の垂直尾翼
主要航空機の垂直尾翼の高さ
機種
B747
B777
垂直尾翼高 19.5m 18.5m
機種
A380
A350
垂直尾翼高 24.1m 16.9m

B787
16.9m
A330
16.8m

B737
12.5m
A320
11.8m

40

D*tan(EL) - r(d1,d2)+Ant_H
D*tan(EL)+Ant_H

3530

A380（24m） → 350m 以上
B737（12.5m）→ 190m 以上

B2 まで緩和するとA380（24m） → 250m 以上

Height [m]領域 A1，B1 から突出しない

24m

25
20

12.5m

15105190m 250m

350m

0021．地上型衛星航法補強システムの基準局設置条件の検討

50100

150 200 250
Distance [m]300

3504002015.06.05 第 15 回電子航法研究所研究発表会

まとめ

障害物件との離隔距離
GPS 受信機の特性

障害物件の許容高GPS 衛星と受信点の間の伝搬基準局から障害物件までの距離，高さで領域区分
基準局間隔
基準局から航空機の距離

Height [m]

B3
A3
B2

A2

B1

A1~155m

建物，シェルタ等の固定物件
領域 A1，B1
困難な場合は，マスクによりその方向の衛星を使用しない

隣接基準局（固定物件）
領域 A1，B1
複数の基準局に同時に影響がないよ
うな配置にすべき航空機（移動物件）
領域 A1，B1 から突出しないこと
移動する→ 常に存在する訳ではない→ B2 まで緩和

以上の条件を考慮し，基準局の設置場所を選定

Distance [m]21．地上型衛星航法補強システムの基準局設置条件の検討

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ご清聴 どうもありがとうございました

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