外来電波による干渉を受けた
GPS受信機の挙動解析
米本 成人
河村 暁子、二ッ森 俊一、 岡田 国雄
電子航法研究所 監視通信領域

独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013

背景１
高まる乗客サービス向上のニーズ• 無線LAN(CBB)、携帯電話基地局が航空機搭載機器へ• タブレットなど新たな機器の登場

航空機内で様々な電子機器の使用の要望
独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013

背景２
安全性担保の観点
国内では電磁障害を理由とした電子機器の使用制限の法制化

真に危険なものは？？？
独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013

背景３
安全と利便性の両立
危険度 事象例

発生確率

Catastrophic
大惨事

Total Loss
機体全部の喪失

10-9/h未満 且つ、一つの故障でCatastrophicFailureに至らないこと

Hazardous
危険Loss of Life Injuries
生命の危険・損傷10-7/h未満

Major Effect
多大な影響

Damage/Emergency Procedure
損傷/緊急操作10-5/h未満

Minor EffectAbnormal Procedure
重要でない影響 非常操作

10-3/h未満• 電磁干渉の危険度、頻度はどのくらい？？
独立行政法人 電子航法研究所

頻度© Electronic Navigation Research Institute, 2013

電磁干渉発生のメカニズム

意図的に放射された電波と不要放射が発生

独立行政法人 電子航法研究所

5© Electronic Navigation Research Institute, 2013

電磁干渉の影響を検討すべき事項
電波の形態

結合経路

過去の研究の結論

無線用アンテナを介した結合(IRA)
意図的に放射された電波（有用な信号）

意図せず放射された電波（不要放射）

伝導不要放射（接続線上の不要放射）独立行政法人 電子航法研究所

干渉の可能性なし

機器筐体への直接結合(IRU)

検討する必要あり

機器入力と配線に対する結合(IRC)

検討する必要あり

無線用アンテナを介した結合(NIRA)

検討する必要あり

機器筐体への直接結合(NIRU)

干渉の可能性なし

機器入力と配線に対する結合（NIRC）

干渉の可能性なし

機器入力との結合(CEI)

搭載機器の認証過程で検討済み

混信（CCT）

搭載機器の認証過程で検討
済み
6© Electronic Navigation Research Institute, 2013

評価した航空機

航空機A

航空機B

航空機C

航空機D

航空機E

航空機F

• 代表的な航空機について経路損失を実測⇒大型の航空機であってもVHFとGPSが被害を受ける可能性
独立行政法人 電子航法研究所

7© Electronic Navigation Research Institute, 2013

2011年告示改正時の結論• 地上停止中の航空機内で携帯電話を使用した場合の搭載電子機器に対する影響を評価• 携帯電話電波の影響を意図的な放射と不要放射とに分けて分析• 通常の運航時には意図的に放射する電波による電磁干渉の影響はない。
• 不要放射は最悪の条件下では受信機に侵入する場合があるがその確率はほとんど０（ゼロ）と言ってよい。
独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013

本報告内容• 前回の評価時に干渉の可能性が残ったGPS受信機の影響評価• GPS受信機に起こりうる不具合を分析• 最悪ケース時各種航空機にて発生しうる障害を特定

独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013

航空無線帯域に発生する不要放射の影響評価
客室から発生する航空無線帯域のスプリアス減衰して無線機へ混入
搭載無線機器は混入する雑音に耐えられるか？

雑音混入

航法・通信信号
独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013

起こりうる障害の検証条件• 各種電子機器の規格の中で不要放射レベルの最悪 航 空 IPL(dB)
機の値を使用A
63（-39dBm@1575MHz）B
73• 各種航空機における経路 C83
D91
損失値の最悪値を使用
E81• RTCA規定値（-134dBm）
F
104
では5機種に影響する可能性
独立行政法人 電子航法研究所

侵入量 RTCA(dBm) 規定値-102×-112×-122×-130×-120×-143〇© Electronic Navigation Research Institute, 2013

GPS受信機の挙動解析• 実際のGPS信号に干渉信号を混ぜた場合の振舞いを統計的に分析
独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013

GPSアンテナ• 電子航法研究所1号棟
屋上鉄塔上に設置• 衛星の仰角によって受信電力が変化‐60

振幅 (dB)‐90

角度 (deg)
‐30
030
060

90‐5
水平垂直
‐10

独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013

GPS連続測位時の挙動

独立行政法人 電子航法研究所

10-102dBm

捕捉衛星数

干渉波電力値

測位停止• 干渉波電力が小さいときは正常に動作• -110dBmで捕捉衛星数低下、• -105dBmで測位不能

119-103dBm

8-104dBm

76-105dBm

5-106dBm

4-107dbm3-108dBm

2-109dBm

1-110dBm

0時間（sec)© Electronic Navigation Research Institute, 2013

GPS起動時の挙動
400
350
300
250

TTFF (sec)• 干渉波がある状
態での測位開始までの時間（TTFF）を測定• -125dBmで増加• -117dBmで起動不能

450

200
150
100
50
0-140
ノイズ無し

独立行政法人 電子航法研究所

-135

-130

-125

-120

干渉波電力 (dBm)© Electronic Navigation Research Institute, 2013

Navstar63の影響
5月31日

90

6月1日
6月4日

85

6月5日

80

6月6日
6月7日

75

TTFF(sec)• 同じシステムを利用して衛星間干渉の影響を評価• 衛星の昇降に合わせてTTFFが劣化

95

6月11日
70

6月18日

65

6月26日
7月19日

60

7月24日

55

7月31日
8月29日

50

独立行政法人 電子航法研究所

9月11日

計測時刻

© Electronic Navigation Research Institute, 2013

干渉波電力と起こる事象の分類
干渉波電力 GPSに起こりうる事象
Pi (dBm) 起動時
連続測位時-105<Pi
使用不能 使用不能-110<Pi≦-105 使用不能 衛星数低下-117<Pi≦-110 使用不能 実害なし
-125<Pi≦-117 TTFF増加 実害なし
Pi≦-125
実害なし 実害なし
独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013

最悪条件下で起こる搭載GPSの障害
航空機 IPL(dB)
A
63
B
73

侵入量(dBm)
-102
-112

CDE
F

-122
-130
-120
-143

83
91
81
104

独立行政法人 電子航法研究所

起こりうる事象
測位不能
起動不能
捕捉後実害無TTFF増加
実害なし
TTFF増加干渉なし© Electronic Navigation Research Institute, 2013

結論
• 電磁干渉の可能性が残るGPS受信機に対して、干渉波混入時の受信機の挙動を詳細に解析した。
• 連続測位時には比較的強い干渉波に耐えうるが、-105dBmを超過すると測位不能となる。
• 起動時には連続測位時と比較して弱い干渉波でも影響がある。-117dBmを超過すると測位不能となる• 最悪のケースで評価した場合、1機種で測位不能、2機種で起動不能、1機種でTTFFの増加の可能性がある。
独立行政法人 電子航法研究所

19© Electronic Navigation Research Institute, 2013

今後の予定• LTE-Advanced等多数の通信用電波を使用する機器の登場が予想され、今後も動向を調査する必要がある。
• 米国の規制緩和の動きがあり、国際協調を取りつつ国内ルールを整備し、乗客の利便性向上に寄与する。

独立行政法人 電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2013