電子航法研究所発表会 2014年6月

GNSS障害時の代替システムの動向
June 6, 2014
○毛塚 敦

吉原貴之

斎藤享

Atsushi Kezuka

Takayuki Yoshihara

Susumu Saito

独立行政法人電子航法研究所

Electronic Navigation Research Institute1本発表の内容

 航空航法におけるGNSS障害の要因
 代替システム構築における諸外国・ICAOでの動き
 DMEを用いた代替システムにおける測距誤差
シミュレーション

 まとめ、今後の予定

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ＧＮＳＳの脆弱性
携帯 データネットワーク
社会の依存度大(一極集中)

交通 金融システム

農業

GNSS信号の脆弱性

懸念

GNSS

Homeland Security Presidential Directive‐7, The White House, 2003
GNSS: reliance and vulnerabilities, The Royal Academy of Engineering , London, 2011
内閣官房宇宙開発戦略本部，”GPSはじめ他国の測位衛星が使用不可能になるケースに関する考え方”, 20103

航空航法におけるGNSS障害例
システム障害(2014年, GLONASS衛星)太陽フレア(電波バースト)

電離圏擾乱

RNP0.3RNP-AR

GBAS演習(2007年, Sandiego)

GPSジャマー (2009年, Newark空港)
GPSリピータ

GNSS障害時でも安全で効率的な運航を維持するために代替システム(APNT)が必要
APNT: Alternate Position, Navigation, and Timing

4

APNT構築に向けた動き
2025年までの交通量の倍増に対しPBN, ADS-B, TBO, RNAV, CSPOをGPSにより可能にする (FAA APNT白書2012)

米国

FAAのマイルストーン

・Concept Requirements Definition in FY 2011
・Initial Investment Analysis Approval by FY 2014
・Final Investment Analysis Approval by FY 2016
・Solution Implementation Starting in FY 2017
・Subsequent In‐Service Management
目標
測位精度Navigation

Surveillance

Accuracy(95%)

Containment(10‐7)

Separation

NAC (95%)

NIC (10‐7)

En Route

4 NM
2 NM

8 NM
4 NM

5 NM

92.6 m

0.2 NM

Terminal
LNAV

1 NM
0.3 NM

2 NM
0.6 NM

3 NM

92.6 m

0.2 NM欧州ICAO

DLR(ドイツ航空宇宙センター)
によるLDACS-NAV開発

航法委員会(ANC)によって、APNTがＮＳＰ (航法シス
テムパネル)のジョブカードの一つに割り当てられる
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DMEによる代替システム(APNT)
代替システム候補

測距① DME(測距装置)② WAM③ Psuedolite④ LDACS-NAV

質問
応答

10km

370km(最大)
DME
DME
TACAN

ｐ

測位

国内外にはDMEが多数配置

DME

精度の改善が必要

DME(DME/DMEはRNP0.3不可)
DME: Distance Measuring Equipment

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WAMによる代替システム(APNT)TIS-B: Traffic Information
Service Broadcast

代替システム候補① DME(測距装置)② WAM③ Psuedolite④ LDACS-NAV

Step1: ADS-B信号送信

Step4: TIS-Bにより航空機へ位置情報送信

GBT

Step2: WAMにより受信⇒航空機位置決定

Step3: 航空機位置情報
をGBTへ送信
GBT: Ground Based Transceiver

国内に適用するには、位置情報を航空機へ伝達する手段の検討が必要
7

Pseudolite（疑似衛星）による代替システム
GBT: Ground Based Transceiver
DME: Distance Measuring Equipment

代替システム候補① DME(測距装置)② WAM③ Psuedolite④ LDACS-NAV

PL Signal
PL Signal
PL Signal

GBT/DME GBT/DME

PL Signal

GBT/DME

GBT/DME

機上装備へのインパクト大 (標準化、認証、搭載コスト、メンテナンス)
8LDACS-NAVによる代替システム
代替システム候補① DME(測距装置)② WAM③ Psuedolite

ＴＯＡ(信号到達時間)から測距④ LDACS-NAV

GS TX Signal (forward link)

GSGS

GSGS

GS: Ground Station
運用開始まで時間を要する（標準化，認証）
9現行DMEの精度
APNTとしてDMEに着目
現行DME測距誤差
要因

誤差量

改善検討

機上インテロゲータ

92.6m

（質問機）

(0.05NM)・ K. Li, et al. , Proceedings of the ION GNSS
Conference, Portland OR, Sep. 2011

地上トランスポンダ

37.0m

(応答機)

(0.02NM)

電波伝搬

マルチパス

74.1m

対流圏遅延(0.04NM)(※) 着目

129.6m・ Matt Harris, et al., 25th ITM ION , sep.2011
・ E. Kim, et al., 31st DASC, oct 2012

Total(0.07NM)

目標値 33.3m(※)

測位92.6m

 補正モデルを用いて大まかな補正は可能
 気象・地形による誤差の変動分までは補正困難

測距33.3m

気象現象等による測距誤差の変動を調査

DME

HDOP悪（2.78）

DME 10気団による測距誤差変動解析モデル
寒気
Cold Air Mass

暖気

梅雨前線

Hot Air Mass

乱層雲
測距

DME局

測距

DME局
気象現象による測距誤差の変動調査
梅雨期（６月）のデータを使用
寒気団および暖気団の中でレイトレーシングを行い、大気伝搬遅延による測距誤差変動を定量的に算出
11ラジオゾンデによる寒気・暖気の気温・湿度・気圧321
5

10 15 20 25
気温 [degrees]

高度 [km]

高度 [km]3210010Smith‐Weintaub’s equation
屈折指数 N=77.6+64.8+3.776×105: 乾燥大気圧 = 気圧 ―: 水蒸気分圧= 飽和水蒸気圧: 絶対温度 = 気温 + 273.15
17.269 t= 6.11× exp
t + 237.3

×湿度 [%]

高度 [km]

高度 [km]40

6/26 12:00(UT)
6/21 6:00(UT)
10.8
0.6
0.4
0.2020 40 60 80 100
900940980
気圧P [hPa]
湿度 [%]

6/19 0:00(UT)4

6/18 6:00(UT)

86
4
200

観測点が寒気および暖気のデータを選択

100 200 300
屈折指数N
12寒気・暖気における光線群
暖気屈折率
寒気屈折率

大気を層状に離散化

小測距誤差

10,000m
大∆

22

DME局
6/18 6:00
6/19 0:00
6/21 6:00
6/26 12:00

地平線DME

レイトレース結果13測距誤差変動の解析結果

150

6.18 6:00 (Cold)
6.19 0:00 (Cold)
6.21 6:00 (Warm)
6.26 12:00 (Warm)

100500195
190
25.8m
20.0m

12.3m
5.8m
0 50 100 150 200 250 300 350
測距レンジ(Line of Sight) [km]測距誤差 [m]測距誤差 [m]200

185
18025.8m

175
170
165
160

15171921232527

DAY (UT)

寒気と暖気での測距誤差の差(誤差の変動)は、最大で25.8m (370kmレンジ)
 DME測距誤差全体の目標値(33.3m)のうち伝搬に割り当てられる量に比べて大きな誤差となる。
 誤差改善検討が必要
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まとめと今後の予定
GNSS障害時の代替構築に関する諸外国・ICAOの状況
 FAAでのAPNT性能要件
 候補となっている各種方式（DME, WAM, Psuedolite, LDACS-NAV）

DMEによるAPNTに着目し、対流圏伝搬遅延の気団による変動量を調査
 寒気・暖気の違いにより誤差が25.8m変動
 測距誤差目標値33.3mのうち電波伝搬へ割り当てられる許容誤差よりも大今後の予定
 国内における航法・監視の状況から国内におけるAPNTの性能要件抽出
 諸外国が提案する方式の適用性を精査または新規APNTコンセプト提案
 DME測距誤差改善のためのデータ提供
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Thank you for your attention!

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