GAST D性能評価のための電離圏誤差評価
齋藤 享、吉原 貴之
国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所
電子航法研究所 航法システム領域

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電子航法研究所研究発表会(2024年6月7日)

GBAS Approach Service Type (GAST) D

カテゴリーII/III着陸誘導を実現する
GBAS (地上型衛星航法補強装置)-

Satellite position error,
satellite clock error

GPS/GLONASS L1信号を使用
2018年に標準化済み

Ionosphericdelay

Ionosphere

Troposphericdelay

Troposphere

CAT-I GBAS (GAST C)との違い-2δρg=ρg-ρg0

30秒スムージング擬似距離の追加
電離圏誤差に関するインテグリ
ティ担保を地上・機上で分担

ρu,corrected=ρu-δρg

VHF data
broadcast(VDB)δρgreference receivers(with known positions)

電子航法研究所研究発表会(2024年6月7日)

GAST Dと電離圏地上装置- 電離圏空間勾配モニタを実行-

Satellite

GAST-D
GAST-C

30/100秒スムージング擬似距離補正値を送信
インフレートしないσ値を送信-

電離圏最大未検出誤差(Eig)パラメータを送信

機上装置- 電離圏誤差検出を分担- 誤差が一定以上になりうる衛星配置の排除-30/100秒スムージング擬似距

Ionosphereρu,corrected=ρu+PRC
ρu,corrected, 30=ρu+PRC30

broadcastbroadcast
PRC
PRC (100,(100),30),
σσpr_gnd,
σpr_gnd_30,,etc
pr_gndEig parameters, etc

電離圏空間勾配モニタ
PRC=ρg0-ρgreferencestations

airplane
機上電離圏モニタ-

Eigに基づく衛星配置モニタ（ジオメトリスクリーニング）
30/100秒スムージング擬似距離比較

離の比較
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電子航法研究所研究発表会(2024年6月7日)

GAST D実用化における問題点
GAST D SARPsの検証過程においてはEIG ≤ 2.75mであれば十分なアベイラビリティが得られる見通しが示されている-

電離圏脅威モデルに依存し、磁気低緯度等では必ずしもEIG ≤ 2.75mを実現できるとは限らない-

GBAS基準局と滑走路端の位置関係、電離圏脅威モデルによる。

✓ EIGの削減がGAST D実用化の鍵
GAST Cにおいては電離圏フィールドモニタ(IFM)が有効[Fujita et al., 2011; Suzukiet al., 2011]- GAST CからGAST Dへのアップグレードを考えれば、GAST DにおいてIFMを活用し電離圏起因誤差を低減できる可能性がある• Fujita et al., “Performance Evaluation of Single Frequency based Ionosphere Field Monitor for GBAS,”
Proc. International Global Navigation Satellite System Society, Sydney, Australia, November 2011.
• Suzuki et al., “CAT-I GBAS Availability Improvement through Ionosphere Field Monitor (IFM),” Proc.
ION GNSS 2011, Portland, US, September 2011.
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電子航法研究所研究発表会(2024年6月7日)

電離圏未検出誤差シミュレーション
電離圏未検出誤差(Eig)の算出にはあり得るすべての場合についてのシミュレーションが必要
Aircraft speed pro le280
IFMvair

Speed [knots]

γzvg-10Time to Threshold [min]

0w

yyxx

140g

αdIFMdvsat
dionoβvdir

vsat,350

GBAS ref. rxs(Lat., Lon.)[ICAO Annex 10 Guidance Material]
電子航法研究所研究発表会(2024年6月7日)
fi5

GAST Monitors related to ionosphere
電離圏脅威モデル地上・機上配置

機上DSIGMA

LTPにおけるレンジ誤差
Pmd,DSIGMA

地上CCD

Pmd,totPmd,CCD,gnd

航空機速度プロファイル

DSIGMA: Dual-Solution pseudorange Ionospheric
Gradient Monitoring
CCD: Code-Carrier Divergence
IGM: Ionospheric Gradient Monitor

未検出確率

地上IGM

機上CCD

Pmd,IGM
Pmd,CCD,air*Honeywell implementation

Pmd,tot = min (Pmd,IGM*Pmd,DSIGMA, Pmd,IGM*Pmd,CCD,gnd)*Airborne CCD and Airborne DSIGMA are highly correlated.

For safety
Pmd,tot < 10-9 or Pmd,DSIGMA < 10-9 or Pmd,CCD,gnd < 10-9 or Pmd,IGM < 10-9 or Pmd,CCD,air < 10-96

電子航法研究所研究発表会(2024年6月7日)

未検出確率 (Pmd)FaultedFault-free
Fault-freeσcontFaulted

σintPmdx(t)<latexit sha1_base64="u/Qd1f3Q3UP2s2KOsvTJXOS1VZQ=">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</latexit>

17Z xthσint

σcontxth

Test statistic✓(tx)

Pmd (x) = pexp
2222⇡1✓◆
1xth xp=
1 + erf
222

◆
2

Pmd
xth x(t)dt

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インテグリティモニタパラメータ

GroundAirborneTypeσcontKFFD

Threshold

σint

KmdMDE

IGM

16.7

5.54

92.52 mm/km

26.7

6.0

250 mm/km

CCD

6.9

5.91

40.78 mm/s

6.9

6.00.08218 m/s

IFM

105.252 mm

106.0112 mm

CCD(7.02)(5.91)

41.5 mm/s(7.02)(6.0)(83.61 mm/s)

DSIGMA

0.174

5.610.976 m(0.174)(6.0)(2.02 m)IFM:
Saito et al., “Absolute gradient monitoring for GAST-D with a single-frequency carrier-phase
based and code-aided technique,” Proc. ION GNSS 2012, Nashville, US, September 2012.
その他:
Pullen et al.“Impact of Ionospheric Anomalies on GBAS GAST D Service and Validation ofRelevant ICAO SARPs Requirements,” Proc. ION GNSS+ 2017, pp.2085-2105, Portland, US,
September 2017.
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電離圏遅延量の変動の例
277-148 knots(143-76 m/s)
(Medium pro le)vsat,350=200 m/s
AirIFM
5 km
5 km

D=4.2 m15º 16 km
50º

130 m/s

7 km

Air(30 sec)

Ionospheric Delay [m]

600 mm/km

Air (100 sec)

Air (raw)

IFM
GroundD=0Time [sec]RWY TH

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fi

9インテグリティモニタの反応
Airborne CCD

DSIGMA

IFM

機上モニタは反応を開始するが不十分
地上モニタは反応せず（電離圏勾配未到達）
Residual error

Pmd,tot (no IFM)

Residual: 3.71m
Pmd << 1x10-9

Residual: 3.71m
Pmd > 1x10-9
3.71
10Pmd,tot (IFM)

8.63x10-20
電子航法研究所研究発表会(2024年6月7日)まとめ

GAST Dにおける電離圏フィールドモニタ(IFM)の効果を評価
IFMを考慮したGAST D電離圏未検出誤差シミュレーションを開発
IFMはGAST Dにおいて電離圏活動が活発な地域における性能向上に有効✓ IFMは必ずしも最適の場所に設置できるとは限らない-IFMの場所を変えたシミュレーションが必要
実際の設置環境に合わせたシミュレーションが必要✓ 今回示した結果は必ずしも全ての場合を網羅しているわけではない- 全ての場合を網羅するシミュレーションを実行する

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