電子航法研究所研究発表会（第2回 平成14年6月）

7. GBASによる航空機の実時間測位
航空システム部

1※齋藤 真二 福島 荘之介 藤井 直樹
表1：地上装置の概要

はじめに

基 準局
補正 情報監視 局
補 強情報 生成装置
V H F 送信装 置
変調 方式 / 周 波数
出力
V D B 送信 ア ンテナ
形状

GPS(Global Positioning System)などの全地球的航法衛星システムを航空機の航法に用いる場合,測位精度や信頼性を確保するために,擬似距離補正情報などの補強情報を航空機に伝送する必要がある｡この補強情報を作成,伝送するシステムの一つに,空港に設置された地上局からア ンテナ素子 高補強情報を伝送する地上型補強システム(GBAS;

A 滑走 路脇緑地 帯
実験用 M L S A z .サ イ ト
岩 沼分室 内
岩 沼分 室 内
D 8 P S K / 1 0 8 .5 M H z
15 W (最 大50 W )岩 沼分室敷 地 内
3 段 ス タック型
アル フ ォー ドル ープ
5 .5 m , 10 .5 m , 1 5 .5 m

表2：機上搭載装置

Ground Based Augmentation System)がある｡
当研究所では,国際民間航空機関(ICAO; Inter‑

V D B 受信 装置
航 法処理装 置
G P S 受信装 置

national Civil Aviation Organization)の国際標準(SARPs; Standards and Recommended Prac‑

P C で構 成
N o v A te l M iL L en . S T D .
Tr im b le 5 7 0 0tices)を評価･検証するため, GBAS‑VHFデー

した｡

タ放送(VDB; VHF Data Broadcast)の送受信装
置, GBAS補強情報の生成装置などを試作し,当研究所岩沼分室がある仙台空港周辺において飛行実験を実施している｡

地上装置は, GBAS基準局,監視局のほか当研究所岩沼分室内に設置したGBAS補強情報生

前回の発表[1]で,基準値に含まれるバイアス

験用航空機には, GBAS機上局として, VDB受信装置, GPS受信機を搭載し,地上局よりVDB成装置, VHF送信装置, VDB送信アンテナなどで構成される｡地上装置の概要を表1に示す｡実成分が問題となったので,平成13年度の飛行実
験ではタッチ･アンド･ゴー飛行を行い,滑走路上で送信されたGBAS補強情報とGPS信号を受信し航空機の位置の実時間測位を行った｡主な搭での測位結果を用い,その間題の解決を行った｡
平成13年度は平成13年7月に加えて,季節変載装置を表2に示す｡
平成13年7月までの飛行実験では,仙台空港動の効果などを調べるため平成14年2月にGBAS

A滑走路脇の緑地帯に可搬型の仮設基準局を設置

補強情報による航空機の測位実験を行った｡本
発表では,平成13年7月に仙台空港において実し,実験を実施してきた｡基準局はGPS受信機とGPSアンテナおよびデータ送信用のモデムで構施した航空機の測位実験において, GBAS‑DGPS測位による測位誤差がCAT‑Ⅲの要求を満足す成され,平成13年7月の飛行実験では, GPSアンテナを取り付けた高さ1.7m〜4.0mのポールをる結果が得られたので報告する｡また,固定基準局の設置後の平成14年2月に実施したGBAS

一辺約80mの正方形を成すように設置し, GPS受信機およびモデムは実験用MLSのELシェル

補強情報による航空機の測位実験についても報告する｡

タ内に設置した｡その時の仮設基準アンテナを図1に示す｡

2

飛行実験
平成13年7月23日から8月3日および平成14年2月18日から3月1日の期間,仙台空港にお平成14年1月に仙台空港A滑走路脇の緑地帯に固定基準局を設置した｡この固定基準局では,GPSアンテナ高を2.Omとし,ステンレス製のいて,当研究所所有の実験用航空機(Beechcraft社製 B99 Airliner;JA8801)を使用し飛行実験を行った｡この飛行実験では,進入･着陸時のGBAS防雨箱にGPS受信機,モデムおよび電源を収納し, GPSアンテナのポールに取り付けた.概要を補強情報による実時間測位の精度を調査するた

表3に示す｡基準局のアンテナの配置は, 150m,めB27(B滑走路,磁方位270度方向) へのアプ

100mの間隔で直線に並べた3式(#1, #3, #4)のアンテナとそのうち2式(#1, #3)を含むようにローチ飛行(タッチ･アンド･ゴー飛行)を実施−29−

電子航法研究所研究発表会（第2回 平成14年6月）

図1：仮設基準局
アンテナ地上高：1.7m(左上),2unit:meter.0m(右上)アンテナ:
NovAtel GPS600(L1/L2)
3.0m(左下),4.0m(右下)

図2:固定基準局の設置場所
滑走路上での高さの測位結果が,他のタッチ･ア構成される三角形の残りの頂点に1式(#2)を設置した形とした｡詳細は図2に示すとおりである｡平成14年2月の飛行実験では,この固定基準局を用い実験を実施した｡

ンド･ゴー飛行時の測位結果とくらべ大きくばらついた飛行を除外するという操作を行った｡
3測位実験結果(平成13年7月)
平成13年7月に仙台空港において実施したア

また,監視局を基準局からおよそ1km離れた

プローチ飛行実験において,GBAS基準局としA滑走路端付近(実験用MLS Az.シェルター)に設置した｡監視局で得られたGPS信号はGBASて設置した4式のGPS受信装置により取得したデータから作成したGBAS補強情報を用いて,補強情報生成装置に伝送され,生成した補正情報により監視局位置の測位を行うことで,補正航空機の実時間測位を行った｡しかし,飛行実験後にGBAS補強情報に含まれる対流圏補正に情報の監視を行う｡基準局および監視局の計5式のGPS受信装置は岩沼分室に設置したGBAS補関する値に誤りがあった[2]ことが分ったため,
GBAS‑DGPS測位の再計算を行い算出した測位

強情報生成装置へのデータ伝送のためモデムにより接続されている｡

結果について解析を行った。対流圏補正が正しく行われない場合,図5のように高さ方向の測さらに,測位誤差の算出のための基準位置と位誤差が距離に依存することが分った｡

して後処理キネマティツク値を用いるため,地上および機上にTrimble5700受信機を設置,搭載測位誤差算出の際に航空機位置の基準値として用いる値として,滑走路端より‑900m通過地した｡キネマティツク測位の基準GPSアンテナはVDB送信アンテナの鉄塔上に設置した｡後点での後処理キネマティックによる高さの測位値

処理キネマティツクの処理ソフトウェアとして,Trimble社のGPSurveyを用いた｡今回の飛行実
験では,タッチ･アンド･ゴー飛行を行うことにより,滑走路上での高さを用いて基準値として有‑940

効なデータの抽出を行った｡抽出の方法として,

地上 高モデ ム‑900‑880‑860

図3: 後処理キネマティックによる滑走路上での航跡(平成13年7月実施)

表3: 固定基準局の概要
設 置数
設 置 間隔G P S 受信機
G P S アンテナ

‑920

Distance from R/W threshold [m]4
1 00 m〜 15 0 m
N ov A tel M iLL e n . S T D .
A ero T ech n o lo g y 2 7 7 5チ ョー ク リン グ 付 き パ ッチ
ア ンテナ
2 .0 m非 同期 全 2 重‑940‑920‑900‑880‑860

Distance from R/W threshold [m]図4: GBAS‑DGPSによる滑走路上での航跡(平成13年7月実施)−30−

電子航法研究所研究発表会（第2回 平成14年6月）

表4: ‑900m点の航空機の高さ(平成13年7月)
G B A S ‑D G P S
1 .1 7 80 .3 7 527

平 均μ[m]標 準 偏 差σ[m]サンプルが0.5×10 /approachとなるような値[3]とされ,補強情報に含まれる値から計算でき,機上装置において測位誤差を見積もる値である｡機上

後処理 キネマ
1 .1 120 .0 70
27が一連のアプローチ飛行において,地上滑走時装置ではPLと警報のしきい値であるALを比較し, PLが越えた場合,警報を発し,そのときのの測定値から, 30cm以内となるものを抽出した｡
図3にこうして抽出した後処理キネマティツク

測位結果を航法には使用しないことになっている。CAT‑Ⅰアプローチの垂直方向アラートリミッにより算出した滑走路上における航空機の垂直方向の航跡を示す｡また,図4に再計算によるト値(VAL; Vertical AL)は10mとされている｡
ここでは,充分なデータ数がないため, VALをGBAS‑DGPS測位での滑走路上での航跡を示す｡

PLの定義で用いる係数(K)により95%確率値に換算した値(VAL95%値; 3.421m)と測位

図6にアプローチ中の垂直(高さ)方向の測位誤差の95%値(￨μ￨+2σ)の比較をおこなった｡ 7月の飛行実験での結果では測位誤差の95%値は0.691mであり, VAL95%値より小さい値となっていた｡

誤差(GBAS‑DGPS測位値と後処理キネマティッ
ク値の差)を示す｡また,表5に滑走路端から0NM〜7NMにおける誤差の平均,標準偏差などを示す｡ここで△Xは滑走路に沿った方向の誤差, △Yは滑走路に直交する方向の誤差, △Zは飛行実験期間を通しての基準局より約1km離れた監視局におけるGBAS‑DGPSの測位結果の垂直方向の誤差を表している｡

垂直方向の誤差は, 95%値(￨μ￨ +2σ)で0.657m(表9)であった｡機上装置において計算された値

GBASでは,航法の完全性を確保するためにプロテクションレベル(PL; Protection Level),アラートリミット(AL;Alert Limit)と呼ばれる値を用いる｡ PL値は測位誤差がこれを越える確率より小さい結果が得られているが,航空機が高速移動体であること,基準値となるキネマティッ
ク測位値の精度などを考慮すると妥当な値と考えられる｡
つぎに, CAT‑Ⅰ,Ⅱ,Ⅲの決心高度における測位誤差について航法システム誤差(NSE; Naviga‑tion System Error)の要求値との比較を行った｡
アプローチ角が3度であるため,滑走路端から0123900m, 300m, 0mの距離を通過した時の垂直誤4差を算出した｡その解析結果を表6に示す｡まDistance from R/W threshold [NM]図5:垂直方向誤差‑修正前(平成13年7月)

た, SARPs[3]のNSE95%の要求値を表7に示す｡
これらの値を比較すると, 7月の飛行実験での結果では測位誤差はCAT‑Ⅲの要求値を満足していたことが分った｡
表6: 決心高度での垂直方向誤差(平成13年7月)
滑走 路端
か らの 距 離0123μ[m]￨μ￨ + 2σ[m]4Distance from R/W threshold [NM]平均μm]
[標 準偏差σ m][[μ + 2σ m]
最大値m][A L 95% 値 m][−900mC A T ‑Ⅰ

0 .0 0 10 .0 0 20 .0 0 20 .7 78

0 .7 9 50 .7 2 1

表7：垂直方向航法システム誤差95％要求値

表5: GBAS‑DGPSの測位誤差(平成13年7月)△Y0 .0 120 .16 10 .3350.737
13.682300m
C A T ‑Ⅱアプローチ数：27

図6: 垂直方向誤差‑再計算(平成13年7月)△X‑ 0 .207
0 .137
0 .4800 .4850m
C A T ‑Ⅲ

△Z0 .009
0 .34 10 .69 10.9 77
3.42 1C A T ‑Ⅰ
C A T ‑ⅡC A T ‑Ⅲアプローチ数：27，サンプル数：11623−31−

G N S S SA R P s 案
L A A S M A SP S
2 0 0 fee t d e cisio n h eig h t
4.0〜 6 .0 m
< 4 .0 m
1 0 0 fee t d e cisio n h eig h t
1 .7 m
2 .0 m
5 0 feet d ec isio n h e igh t
0 .8 m
2 .0 m電子航法研究所研究発表会（第2回 平成14年6月）

4測位実験結果(平成14年2月)

表9: 監視局でのGBAS‑DGPSの精度(垂直方向)

平成14年2月に1月に新たに設置した固定基準局を用い,季節変動などの影響を調査するため,平成13年7月と同様の飛行実験を行った｡
図7に後処理キネマティックにより算出した滑した｡さらに,別のソフトウェアにより後処理キ走路上における航空機の垂直方向の航跡を示す｡
平成14年2月の飛行実験時では,平成13年7月

ネマティック測位を行い解析を試みたが,同様に大きなばらつきがあり,後処理キネマティックにの場合とくらべ,測位結果に大きなばらつきがあった｡

よる基準値が取得できなかった｡
このときの監視局でのGBAS‑DGPS測位の滑走路面上での高さ方向の測位結果のばらつ
きは,実験用航空機のサスペンションなどによ

垂直方向の誤差の95%値は表9に示すとおり0.605mで,平成13年7月の実験時と同等の結る垂直方向の揺れ,地上滑走時の横方向偏位による滑走路の高さの違い,後処理キネマティック果が得られていた｡
5

測位の誤差の和であらわされる｡このうち前者

まとめ
平成13年7月に実施したGBAS補強情報によの2つは,実施時期によらないもので, 10数cm程度であると考えられる｡一方,キネマティックる航空機の測位実験の測位誤差について, AL95%値との比較および各カテゴリの決心高度における測位は季節や時間帯による電離層,対流圏などの変動や,衛星配置,衛星数の変化などに影響NSE95%の要求値との比較を行った｡その結果,
GBAS‑DGPS測位の測位誤差の95%値はAL95%されるため,平成14年2月の実験時には,平成13年7月の実験時に比べ,これらの影響が強くより小さい値であった｡また,決心高度における測位誤差はCAT‑Ⅲの要求値を満足する結果が現れた可能性が考えられる｡
この時の実時間GBAS‑DGPS測位による滑走得られた｡
前回の報告[1]において後処理キネマティック
測位値において,処理ソフトウェアによる差異があったため,今回の飛行実験では,滑走路上で路上での航跡を図8に示す｡表8に示した‑900m点の値の解析のとおり,後処理キネマティツクでの航跡は実時間GBAS‑DGPS測位と同程度のばの高さを基準にデータを抽出できるようにタッチ･アンド･ゴー飛行を行い選択し処理を行った｡

らつきがあり,基準値として採用できないと判断

平成13年7月の飛行実験では,この方法により抽出を行いGBAS‑DGPSの誤差の解析に用いた｡
しかし,平成14年2月の飛行実験では,後処理‑940‑920‑900‑880

キネマティックの測位結果のばらつきが大きく,基準値として用いることができなかった｡より‑860

Distance from R/W threshold [m]図7: 後処理キネマティックによる滑走路上での航跡(平成14年2月実施)

正確で確実な基準位置の取得方法についての検討は今後の課題である｡

参考文献[1]齋藤真二,福島荘之介,藤井直樹;"GBAS補
‑940

‑920

‑900‑880‑860

強情報による航空機の測位実験",平成13年

Distance from R/W threshold [m]図8: 実時間GBAS‑DGPSによる滑走路上での航跡(平成14年2月実施)

度電子航法研究所研究発表会講演概要,23‑26,
2001.

表8: ‑900m点の航空機の高さ(平成14年2月)
平均μm][標準偏差σ m][サンプル[2]SAITOHS.,Fukushima,Fujii;FlightExper‑

G B A S‑D G P S 後処理キネマ
1.462
1.564
0.436
0 .3584343

imentofGBASinJapan,proc.ofIONGPS
2001,1757‑1765,2001.
[3]ICAO,SARPs,Annex10,Nov.2001.

−32−