航空無線航法用周波数の航空無線航法用周波数の信号環境測定とその応用
信号環境測定とその応用

独立行政法人電子航法研究所
独立行政法人電子航法研究所
機上等技術領域
機上等技術領域
小瀬木
小瀬木 滋、大津山滋、大津山 卓哉、古賀卓哉、古賀 禎
禎

概要
 背景：

航空無線航法用周波数の状況
 無線システムの周波数共用
 信号環境の測定手法
 広帯域長時間記録
 記録の詳細な分析

 信号環境の測定例
 今後の課題：

信号環境測定の応用

監視システムの例
監視システムの例
GNSS
ADS-B

既存の搭載装置既存の地上施設

航法信号
質問信号、応答信号、放送など

電波信号環境SSR, ACAS, ATCトランスポンダなど

監視用データリンク信号
将来の搭載機器
ＡＳＡＳ、GNSS、ADS-Bなど

TIS-B、SSR mode Sデータリンクなど

電波信号環境＝目的の信号や干渉の発生状況： 無線システム運用環境の一つ ： 性能に影響

航空無線航法帯域の動向
航空無線航法帯域の動向
ARNS : Aeronautical Radio Navigation Service960MHz
既存の無線機器
利用継続
信号増加

帯域拡張困難 ： 新旧システムが長期共用

1215MHz

DME/TACAN
1030MHz 1090MHz SSR/IFF, ACAS,
MLAT, WAM, ADS-B
JTIDS （軍用ＤＬ）

将来の無線システム
978MHz?
UAT

1176MHz 1202MHzAMS

GPS-L5/GALILEO-E5

航空無線航法用周波数の状況
航空無線航法用周波数の状況
 ITU / WRC会議による周波数割り当て調整
 ARNS帯域：

国際的に共通割当 保護

DME/TACAN、SSR/IFFなど
 新信号の割り当て： GNSS、ARMS
 有害な干渉がない条件で運用承認： JTIDSなど
 既存信号の保護：

 周波数資源は逼迫：ARNS帯域の拡張は困難

 新旧信号が比較的長期間共存：

周波数共用

 新旧システムの共用性と運用性能の両立
 ICAO / ASPは1030/1090MHz信号環境調査

 各国の周波数監理：

適切な運用の実施責任無線システムの周波数共用
無線システムの周波数共用
干渉を前提とした方式を採用：信号発生を管理
航空無線機器 通信方式

信号

DME/TACAN ランダム

ガウシャンパルス

SSR/ACAS
SSRモードS
UAT

方形パルス、DPSK
ランダム
スケジューリング
TDMA/ランダム 台形パルス、CPFSK

GPSなど

CDMA

JTIDS/MIDS TDMA、FH

CWスペクトラム拡散
パルス、CPFSK

信号環境の測定手法
信号環境の測定手法
 受信信号波形測定
 デジタルオシロスコープ等
 短時間の測定

 信号検出トリガパルスの計数
 受信機デコーダとカウンタ
 デコーダ特性の影響

 受信電力の周波数分布測定
 スペクトラムアナライザ等
 長時間累積測定

広帯域信号への多チャネルパルス干渉の測定が困難

広帯域電磁信号環境記録装置
広帯域電磁信号環境記録装置
測定手法開発測定手法開発広帯域一括測定分析： 30MHz目標
多信号同時干渉

DME/
TACAN
JTIDS

新システムの広帯域信号AD
プリセレクタ 広帯域受信機

多チャネル干渉発生

記録再生
制御

HDD

デジタルフィルタ
バンクによる分析

広帯域電磁信号環境記録装置
広帯域電磁信号環境記録装置
必要な帯域内の情報を一括連続記録仕様

携帯型

高精度長時間型

AD変換精度

１２ bits

16 bits

最大AD変換速度

１００ MS/s

１００ MS/s

スループット

１０ MS/s

１００ MS/s

最大連続記録時間 １０ 秒

１時間以上

用途

詳細記録分析

予備実験
機動的測定

AD変換部

記録部

スループット 100MS/s
ダイナミックレンジ 90dB
16ビット 1ch
連続記録 1時間以上

広帯域電磁信号環記録装置

信号環境の測定例
信号環境の測定例
GPS-L5帯域内の干渉信号測定
GPS-L5帯域内の干渉信号測定
 目的：

測定や信号分析の手法確認

 手法を試験するためのデータ測定記録

 機材：

可搬型予備実験装置
 成果： 測定や分析方式を確認
 信号環境報告RTCA DO-292に不備の可能性
 マルチパスや未知の干渉信号などを確認

 発表：

RTCA SC-159 （2006年11月）他

1200

宮崎市 2006年10月

1195-70

DME応答またはスキッタ

-80

1190

-90Frequency (MHz)Pass Band

1185-1001180-110

マルチパス反射波

1175
1170-120-130

未確認の干渉信号-1401165-150

1160-160

1155-1700200

400
600
Time (us)

800

1000

Power [dBm] before calibration

予備測定飛行実験：干渉信号実態調査
予備測定飛行実験：干渉信号実態調査

今後の課題今後の課題 技術的課題
 B99への実験機器搭載工事と飛行実験

将来のGNSS環境飛行検査方式
 信号環境予測手法の開発改良と精度検証
 高々度測定： 信号環境測定の応用
 新システム導入シナリオ策定支援
 信号環境や機器運用性能予測の精度向上
 信号環境再生による機器評価試験
 不良システムや干渉波源の特定

新システム導入シナリオ策定支援
新システム導入シナリオ策定支援
定量的判断
現状

シナリオ１
干渉による性能劣化
許容範囲内
シナリオ２
信号発生量制限

設置位置選択周波数変更

信号環境予測とその検証のための測定結果活用

信号環境や機器運用性能予測
信号環境や機器運用性能予測
機器性能劣化の限界となる干渉発生量

干渉発生量

誤差
マージン

新システム導入
旧システム縮退
旧システム運用

主に新システム運用時間

信号環境予測精度が将来計画の精度に影響信号環境再生による機器評価試験
信号環境再生による機器評価試験
RFBPF
& Amp

MXLPF
& Amp

LOADRecording

記録された信号環境

新システム運用環境の再生
RFBPF
& Amp

MXLO

BPF
& Amp

DA

Pre-Proc

モードS応答信号品質調査への活用
信号受信波形
パルス配置確認
受信周波数の時間変化

符号解読値
解読信頼性

受信時刻
アドレス等

パルス受信信号波形

パルス波形
測定値

スペクトラム
アナライザ
表示応答信号周波数 ［ＭＨｚ］

信号周波数測定値の活用
不良トランスポンダを識別

一方のトランスポンダは周波数一定

SSR正常表示
SSR表示
不安定

一方のトランスポンダは周波数が変化＝機材交換を確認

受信測定日

まとめ
まとめ
 信号環境測定の必要性
 信号環境＝無線機器運用環境
 環境維持改善＝性能維持改善
 新旧システムの共用条件実現と確認が必要

 これまでの成果と課題
 測定方式の確認と測定機器の実現
 現時点で可能な信号環境測定の活用例
 信号環境測定の応用に向けた課題

ご静聴感謝します
ご静聴感謝しますニーズと課題
新旧システム運用の安全性と経済性の向上
 国情に即した新旧システムの共用手法
 システム選定や運用方式選定のための定量的判断
 導入場所や時期など導入シナリオ選定支援

 新システムの提案や評価のための基礎技術
 共用性が必須条件

課題 ： 信号環境の測定・予測手法の確立
時期 ： Ｈ２１年頃には共用手法確立（航空局）

電波信号の増加例
電波信号の増加例
 DMEの増設（ARNS）
 RNAV経路の実現（精度と信頼性向上）
 空港周辺飛行経路の改善

 SSR等の増設（1030 / 1090）
 管制官の状況認識向上、覆域の穴埋め
 ACASの普及

 通信機器増設
 セクタ増加への対応による新規チャネル割当

 新しいシステム導入
 ADS-B / TIS-B
 GNSS
 CPDLC等

これらを活用するGS / AS

信号環境関連研究の動向
信号環境関連研究の動向
 米国：JSC、ＭＩＴＲＥ、ＭＩＴによる研究： TCAS改良、GNSS導入対策選定
 干渉試験 ： UAT干渉対策案の検証
 信号環境予測

 ドイツ：ＤＦＳによる研究： 飛行検査システムGIMOSの開発
 信号環境を配慮した監視システム導入戦略立案
 信号環境測定

 英国：ＮＡＴＳ、QinetiQによる研究： SSR運用方式選定
 Quadrant（ADS-B環境測定）、RAMS（JTIDS運用監視） レーダ信号環境シミュレーション

各国独自の周波数監理：国情に応じた研究
軍用機器と周波数共用：詳細は非公開

目標レベル設定と有効性（１）
目標レベル設定と有効性（１） 信号環境予測手法開発：活用分野に適合
 共用性判断のための干渉信号発生量予測が可能
 DME/TACANとJTIDSの信号発生予測：GNSS共用性
 UATの信号発生量予測：DME共用性
 ASAS導入による総合的な信号発生量の変化

 実験により検証された予測精度：実用性
 期間中の受託研究にも対応可能：即効性
 無線設備規則等関連電波法規の改定支援＝円滑な無線局申請

 信号環境測定手法開発：必要性と実現可能性
 30MHz以上の広帯域一括測定と信号分析
 GPS-L5 / Galileo-E5に対応する帯域幅
 研究期間中に適切なコストで入手可能なレベル

 予測精度検証や飛行検査機器開発に使用可能

目標レベル設定と有効性（２）実用的 動向調査：方針調整や将来予測の根拠
 予測計算条件の設定： ASASの動向に着目

 干渉限界となる条件
 研究計画の方針調整

 共用性向上のための活用手法：ニーズ対応
 電波信号環境予測結果を活用
 多様な共用手法の効果を定量的に比較可能

 次々世代システムの基礎技術：波及効果
 信号モデルや機器動作シミュレーション技術
 多様な提案システムの共用性評価ベンチ

研究の効率性：研究の進め方
 手順と手法： 実証的に誤りを防止

 的確な方針： 動向調査により方針調整 正確な結果 ： 理論と実験の照合による検証
 研究期間： 情報取得と成果活用が可能な時期

 情報入手： 運用要件など外部研究の報告予定
 成果活用 ： 成果活用対象事業や関連研究の時期
 年次計画
 情報入手： 他の計画と同期し実現性を配慮： 新システムの開発計画と同期
 機材調達 ： 十分な性能の機器を可能なコストで 成果活用 ： 関連研究への成果活用時期

研究の効率性：実施体制と予算
 所外との連携： 調査作業の効率化と人員確保

 ICAO/SCRSP、ASAS-RFG、航空局主催委員会など
 連携しうる大学・研究機関を調査中

 所内との連携： 研究資源の活用 関連研究成果の活用
 研究者の相互支援 予算（東京天文台等）： ASAS関連信号環境： 新旧システムの情報： 適切な購入時期と目的集中投資

 実験機器の性能価格動向を配慮
 所内資産活用、不足する機能性能の改善に集中投資信号環境の測定例
信号環境の測定例
 広帯域一括測定の可能性確認と実現
 測定機器の製作：長時間連続測定を実現
 実験機器の改良による商品化

 予備測定による測定方式の確認
 短時間測定データを用いる分析手法確認
 マルチパス、干渉信号源（人工雑音）の確認

 測定分析方式の活用
 モードS応答信号品質の調査
 GPS-L5帯域内干渉状況予備調査実験

今後の課題今後の課題 実験機器の航空機搭載と測定実施（H20予定)
 フライトチェッカー機による高々度測定
 将来のGNSS環境飛行検査方式への寄与も期待 干渉信号の影響分析（緊急性が高い物から） 干渉信号源の探求と干渉対策立案支援
 ASAS等新システムの運用予測
 将来の信号需要や発生量の予測に活用 信号環境予測手法とりまとめと支援ソフト作成
 CNS機器導入戦略の立案支援を目指す

円滑なCNS機器導入＝ATM環境への円滑な移行

受託研究等への成果活用
 JTIDS等国内展開基準の作成
 GNSSへのJTIDS干渉防止基準作成（予定） モードSトランスポンダ応答信号品質調査
 信号測定と分析方式を活用
 測定結果から不良トランスポンダを検出 1030MHz帯域干渉実態調査
 信号測定と分析方式を活用（測定機器製作中）

 1090MHz帯域信号環境調査
 ADS-B実現可能性検討の基礎：

ICAO/ASPへ