電子航法研究所研究発表会（第 10 回平成 22 年 6 月）

11.
拡張スキッタによるTIS-B
TIS-Bの開発・評価
11. 拡張スキッタによるの開発・評価
機上等技術領域

1.

はじめに※大津山卓哉、小瀬木滋、塩地誠、三垣充彦

2.

高速で移動する航空機の安全運航の為には、周囲を飛行する全ての航空機が互いの位置を把握している事も重要な要素の一つである。現在、航空機パイロットが周辺状況の把握のために用いられている手段は目視および地上のレーダ等で取得した航空機の位置情報をもとにした航空管制官の音声による通知が主な手法である。したがってパイロットが得られる情報の更新レートや監視範囲に限界があり、逐次変化する周辺状況を把握するのに十分ではない。
効率的な航空機運用のために航空機の飛行間隔を狭めるなどの検討が行われているが、現在の周辺情報把握能力だけでは実施が困難であり、各々の位置情報などを自動的に送受信する装置の必要性がうたわれている。これらを実現するために・ADS-B:放送型自動位置情報伝送・監視
・TIS-B:放送型交通情報サービス
・FIS-B:放送型飛行情報サービス
といった技術が提案されており、それぞれ国際標準が決められ技術開発や実証実験が行われている。これらの技術を使うことによって航空機は周辺機や周辺の気象情報などの安全運航に必要な情報を自動的に把握することが出来るようになる。
電子航法研究所では、航空機安全運航支援技術研究プロジェクトとして地上から航空機に対して、周辺航空機の位置情報を送信するための拡張スキッタを使った TIS-B システムの開発を行ってきた。本報告では開発した TIS-B システ
ムの評価結果および現在のシステムを使ったFIS-B の検討結果を報告する。

拡張スキッタによるADS-B/TIS-B

2.1.
機上監視
航空機パイロットは安全に航行するために周辺状況をつねに監視している。現在のところ航空機側の装備で周辺状況を知ることができるのは、パイロットによる目視監視のみであり、遠方の航空機や小型機については発見が困難である。そのため地上の航空管制機関がレーダ等により各々の航空機の位置を把握し、それを使って航空機が安全な間隔で運航できるよう航空管制を行っている。航空機はこの管制指示に従うことにより他の航空機との安全間隔が保てるようになっている。衝突防止装置(TCAS)によって大まかな周辺の状況をみることができるが衝突防止装置は安全のための最終手段であり、周辺状況の監視に用いることは適切ではない。
TCAS を目的外使用で監視するのではなく機上でも周辺の交通状況を監視できる装置の要望は以前よりあった。このような考え方をレーダ等による地上監視に対して、機上監視と呼ばれこの機上監視を用いることにより将来的に航空機の安全間隔の維持をパイロットにも持たせる研究も進んでいる。
機上監視を行うためにはそれに対応した監視システムも必要となる。ADS-B は航空機が自らの位置や速度などの情報を放送するものである。
TIS-B は軍用機など ADS-B を搭載しない機体や搭載できない機体の位置や速度などの情報を地上の監視システムによって計測し、ADS-B と同じメディアを使って放送するものである。図 1に機上監視のイメージを示す。機上監視に使われるメディアには様々なものが提案され実証実験が行われているが、本研究では現在最も普及している 1090MHz の 拡張スキッタを使った
TIS-B 装置の開発を行った。

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電子航法研究所研究発表会（第 10 回平成 22 年 6 月）の ME(Message)フィールドが付き、通常のスキッタと同様 24bit の PI(Parity/Interrogator ID)フィールドが最後に付けられている。TIS-B やノントランスポンダ ADS-B の場合には DF=18 を使う。

ADS-Bによる監視
ADS-B in/out 搭載機

3.

図 1 ADS-B/TIS-B による機上監視のイメー
ジ。TIS-B を使用することにより ADS-B 非搭載機の情報も ADS-B 搭載機と同じようにみることが可能となる。
2.2.
ADS-B/TIS-Bメッセージ
1090MHz 拡張スキッタは SSR モード S の信号形式を使ったものである。データブロックを112bit に拡張したため、さまざまなメッセージを送ることが可能となっている。ADS-B といった場合にこの形式の信号を使ったものを指している場合もある。ADS-B も TIS-B もほぼ同じフォーマットを使っている。基本フォーマットを
図 2 に示す[1-3]。
ADS-B の場合、DF(Downlink format)17 で送信される。全体で 112bit あるこのメッセージは頭から 5bit の DF、3bit の CA(Capability), 24bit のAA(Anounced Adress)そしてそのあとに 56bit 分

電子研TIS-Bシステムの概要

電子航法研究所では航空機安全運航支援研究プロジェクトとして周辺航空機を自律的かつ自動的に把握するためのシステム開発を行ってきた。昨年度までに行われた研究で実験用途の地上送信システムおよび機上受信、表示システムの開発を完了した[4]。パイロットに情報を見せるため の表示方法や地上から配信する監視情報の位置 精度、更新間隔など今後改良すべき点はいくつも見当たるが、現在のシステムで電波伝搬や信号干渉などの今後システムを実用化するために必要なパラメータを測定することは可能である。図 3 に現在のシステム構成を示す。
現在の電子研 TIS-B システムはその情報源として電子研 SSR を使用している。調布局を情報源として使用した場合、更新レートが 10 秒毎であるため TIS-B によって配信する位置情報はADS-B によって位置情報を送信している航空機よりも粗いものしか送信することができない。
SSR によって得られた情報は TIS-B 用の情報配信サーバにより TIS-B サーバのメッセージフォーマットに変換される。TIS-B サーバでは送られてきた監視情報を TIS-B メッセージフォーマットに変換し高周波部から TIS-B 信号として送信する。高周波部では送信アンテナとは別にSSR 質問信号を受信するためのアンテナおよびデモ用表示機能

地上送信局
アンテナ
アンテナ
TIS-B送信機

受信機/
デコーダ
補助測定機器

TIS-Bサーバ

計測および簡易表示機能
機上装置

ADS-B受信機
ENRI-Mode-S

監視情報
ADS-B受信機

図 2 ADS-B/TIS-B の基本メッセージフォー
マット。ME フィールド内に位置情報などを書き込む− 52 −

監視情報用通信回線

図 3

WAM/MLAT

位置計測サーバ

電子研 TIS-B システム概要図

電子航法研究所研究発表会（第 10 回平成 22 年 6 月）

図 4 TIS-B サーバの設置状況。河川敷駐車場にて設置した実験用車両と TIS-B 送信アンテナ（右 写真）。車内 に設置し た送信機およびそれらの制御装置（左写真）
質問信号のデコーダがつながっている。これはSSR の質問信号がある強度よりも大きなときにSSR のビーム内にあるとみなしてレーダーへの干渉防止のために TIS-B の送信を一時的に中断するためのものである。この干渉防止装置を使うことにより監視情報源である SSR の近くでも TIS-B の送信が行えるようになっている[5]。
機上搭載装置は受信機、デコーダ、表示機から構成されている。実験用航空機には実験用のL バンドアンテナが上下について おり、受信機をこれら上下のアンテナにそれぞ れつなぎその出 力をデコーダに入力する。デコーダは拡張スキッタだけでなく通常のスキッタについても出力している。デコーダボードからはスキッタのプリアンブル検出とデコードおよびデコード時の信頼性ビットの出力のみを行っていてパリティーチェックなどの処理はここで行わない。これらのデコーダボードを制御する PC ではデコーダの生データ記録のみ行い、同時に LAN 上にUDP ブロードキャストで出力 をしている。表示装置はこのブロードキャスト を読込みパリティーチェックやメッセージのデ コード処理 をすることで受信データの表示を行っている。

4.

飛行実験による実験結果
TIS-B 実験局の無線局免許を得ることができたため、TIS-B 送信機の周辺を実験用航空機で飛び TIS-B データ取得実験を行なった。この実
験では調布 SSR 局から少しはなれた埼玉県志木市の荒川河川敷に TIS-B 送信機設置し、その上を数回通過するように飛行した 。河川敷には電波伝搬の妨げになるような構造 物がないため航空機にて得られるデータを解析 すればマルチパスなどをあまり気にすることな く覆域などを検討することができる。実験時に 得られたデータを図 5 に示す。図は進行方向が 上で、赤点がTIS-B で放送された周辺航空機の 位置。オレン
ジ点が周辺にある ADS-B で放送している航空機の位置である。ADS-B 搭載機は自分の位置、速度、便名/コールサインを放送しているため、取得できたものについてはコールサイン等を表示している。なお現在の電子研 TIS-B システム
では航空機位置しか放送することができないた
め、TIS-B で得られたデータについては機体のモード S アドレス(Hex)と高度のみを表示している。図中央にある緑丸が機上で GPS によって得られた位置である。その点のすぐ下に JA8801と書かれた点がある がこれが TIS-B によって 放送された自身の位置である。レーダで位置を計測してから放送するまで時間差があるため、放送される実験機 の位置と実際の位置は一致することがない。

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図 5 機上で受信した TIS-B および ADS-B 情報の簡易プロット。中心が自分の位置（GPS によって取得）であり、赤点が TIS-B 情報、オレンジ点が ADS-B 情報を示している。
実験中機上では図 5 のような簡易プロットツー
5. 今後の課題
ルを使って周辺航空機位置を 確認していたのだ
現在のシステムでは航空機の位置情報しか送が、画面内で周辺機のおおよ その位置が分かる信することができない。また現在使用しているため機内からそれらを発見す るのが容易であっ
監視情報源は SSR であり、位置情報の更新レーた。表示方法や監視データの 更新レートなどをトが大きいため、機上監視応用で考えられてい改良することにより航空機の 安全運航に寄与するさまざまなアプリケーションを試すには不十ることができると考える。
分である。今後、TIS-B として送信する監視情
参考 文献
報はどのようなものが適切であるか検討を行う[1] ICAO, "ANNEX-10", Vol IV
必要がある。またその ために必要 な監視装置に[2] RTCA Do-260B, "Minimum Operation
ついても検討を行わな ければならない。
また現在のシステムでは航空 機位置しか送信
Performance Standards for 1090MHz Extended
することができないが、TIS-B で送信するアド
Squitter Automatic Dependent Surveillance レスは必ずしも ICAO24bit アドレスである必要
Broadcast (ADS-B) and Traffic Information
はないため、たとえば雲や構造物などを示すア
Services - Broadcast (TIS-B)", 2009
ドレスを決めておき、その位置情報を送信する[3] M. C. Stevens, "Secon dary Surveillance Radar",
ことで FIS-B の実現についても検討を行っ てい
Artech House, London Boston, 1988
こうと考えている。
[4] T. Otsuyama, et al. , "Development of TIS-B
system using 1090MHz extended squitter",IEICE
6. まとめTechnical Report, Vol. 109, No. 265, p249-252,
これまで電子研では TIS-B 送信システムの試2009.
作を行ってきたが、昨年度無線局免許を取得す[5] 小瀬木滋 他, "TIS-B から SSR への信号干渉ること ができ、実際に電子研 SSR によって得らの分析", 信学技報, Vol. 109, No. 162, p23-28,れた航空機位置情報を送信する実験を行った。
2009.

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