MC/MF GBAS実験装置の開発
齋藤 享、吉原 貴之
電子航法研究所 航法システム領域

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令和元年度電子航法研究所研究発表会(令和元年6月6〜7日)

航空航法におけるGNSSGPSGLONASS

Galileo

L1 C/A
L1 C/A

L5

E1
L3Beidou

E5

B1

B2

GPS/GLONASSの1周波 (L1 C/A)信号のみ標準化
次世代GNSSではGPS/GLONASS/Galileo/Beidouの2周波信号(L1/L5(L3))が使用可能になる予定
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令和元年度電子航法研究所研究発表会(令和元年6月6〜7日)

GBASの標準化・実用化状況

GAST (GBAS Approach Service Type)-C- GPS/GLONASS L1- CAT-I- SARPs発効：2001年-

各国で地上装置実用化進行中
B787、747-8等で標準搭載、オプション対応機多数

GAST-D- GPS/GLONASS L1- CAT-II/III- SARPs発効：2018年

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地上装置プロトタイプ開発済（米、欧、日）
777-X、737-MAXでオプション対応予定
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MC/MF GBASGAST-F- 複数周波数・複数衛星系の信号を使用-

CAT-II/III
2026年頃のSARPs発効を目指す

利点- 複数周波数信号の利用により、電離圏による誤差を除去- 複数衛星系の利用により、衛星配置の改善、衛星系の故障に対処
課題- 補強方式は未定
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欧州(SESAR)における開発状況

SESARの枠組みにおいてコンセプトを検討- 補強方式--

VDBメッセージ
構成案

VDBメッセージ構成[Stanisak他, ION

モックアップ開発- コンセプト検証- 後方互換性検証

GNSS+ 2015]

プロトタイプ開発 (バルセロナ)-

長期データ収集・解析
補強方式による性能比較
Toulouseにおける飛行実験[Feuerle他, EIWAC2017]5

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2周波電離圏フリー補強方式
電離圏フリー線形結合により、電離圏遅延を消去した擬似距離を用いて測位
電離圏フリー線形結合

L1L5コード擬似距離 ⇢IF = (1 + ↵)⇢1↵⇢5IF = (1 + ↵) 1

↵ 5

搬送波位相

1↵=
(f1 /f5 )2

L1/L5周波数比

平滑化擬似距離⇢˜IF,j = k⇢IF,j + (1k)(˜⇢IF,j 1 +p
雑音増加分((1 + ↵)2 + ↵2 )) = 2.58

1IF,jIF,j 1 )

1k=
⌧

平滑化
時定数+ 電離圏遅延成分(1次項)を数学的に消去➡ 電離圏異常時の測位性能が向上+ L5コード擬似距離補正値の追加で実現可能➡ 補正値メッセージの汎用性が高い

6- コード擬似距離線形結合により雑音成分が増加➡ 通常時の測位性能が劣化 令和元年度電子航法研究所研究発表会(令和元年6月6〜7日)

1周波測位・2周波電離圏モニタ方式
GAST-C/Dと同様の1周波平滑化擬似距離を用いて測位
2周波補強情報を用いて電離圏異常を監視平滑化擬似距離⇢˜1,j = k⇢1,j + (1k)(˜⇢1,j 1 +1,j1,j 1 )+ 電離圏フリー線形結合による雑音の増加なし➡ 大半を占める通常時の測位性能の劣化なし

1k=
⌧
平滑化
時定数+ L5コード擬似距離補正値の追加で実現可能➡ 補正値メッセージの汎用性が高い- 電離圏勾配による誤差（空間差、コード・キャリア・ダイバージェンスによる誤差蓄積）はGAST-C/Dと同様に存在➡ 有効な電離圏異常モニタの開発が必要
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2周波ダイバージェンスフリー補強方式
ダイバージェンスフリー線形結合により、電離圏遅延誤差の蓄積のない擬似距離を用いて測位
1ダイバージェンスフリー線形結合↵=2(f/f)
115=+ ↵()
搬送波位相DF

115平滑化擬似距離⇢˜DF,j = k⇢1,j + (1k)(˜⇢DF,j 1 +DF,jDF,j 1 )+ 線形結合は搬送波位相のみであり、雑音の増加は無視できる➡ 大半を占める通常時の測位性能の劣化なし+ 電離圏異常誤差の平滑化に伴う蓄積なし➡ 電離圏異常時の誤差低減- ダイバージェンスフリー線形結合による専用補正値が必要➡ VDB伝送帯域の有効活用において不利- 電離圏遅延空間差による誤差が残る➡ 一定の電離圏異常モニタが必要
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MC/MF GBAS実験装置開発

目的：日本の環境（特に低緯度電離圏環境）に適したMC/MF
GBAS方式の開発-

補強方式の比較検討（低緯度電離圏擾乱に対する応答特性）
MC/MF GNSSに対する低緯度電離圏シンチレーションの影響評価-

MC/MF GBASに必要なインテグリティモニタの検討

方法

9MC/MF GBAS地上・機上実験装置を開発
地上・機上実験による性能評価
MC/MF GNSS信号歪みモニタ開発
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MC/MF GBAS実験装置（補強信号）
衛星系

第1周波数

第2周波数

GPS

L1 C/A

L5

GLONASS

L1 C/A

L2Galileo

E1E5a

BeidouL1 C/A-

QZSS

L1 C/A

L5

GPS/GLONASS/Galileo/Beidouに加えQZSSをGPS L1/L5の補完として使用
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MC/MF GBAS地上実験装置 (1)
新たなメッセージの定義-

MT-X1: 電離圏フリー線形結合補正値
MT-X2: ダイバージェンスフリー線形結合補正値
MT-X3: L5信号補正値
MT-Y: 衛星の使用可能性フラグ✓ メッセージフォーマットはSESARの研究成果[Stanisak他, 2015]
を踏襲
MT-2をMC/MF対応に修正-

Ground Station Accuracy Designator (GAD)拡張
Ground Continuity/Integrity Designator (GCID)拡張
MT-2 Additional Data BlockのK値の名称変更

MT-4をMC/MF対応に修正

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Approach Performance Designator (APD)拡張
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MC/MF GBAS地上実験装置 (2)使用衛星系・信号

GBASメッセージ情報←GPS/Galileo L1/L5
L5信号補正値を放送(MT-X3)

基準局・評価用受信機情報

VDBスロット使用状況12

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MC/MF GBAS地上実験装置 (3)09Runway B (3000 m)
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IFM (Ionosphere Field Monitor)

Reference
receivers

1.7km
VDB Ant.

Runway(1200m)30

Data Processor
VDB Tx.

A

移設(2019年)

138m

仙台空港：
開発・動作試験

106m
102m
159m
229m

仙台空港において開発、動作試験

新石垣空港：
電離圏擾乱環境下試験

新石垣空港において、電離圏擾乱環境下で試験
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MC/MF GBAS地上実験装置 (4)機器
基準局受信機基準局アンテナ

新石垣空港
Trimble NetR9

ARL-1900 (MLA)

Javad G3T

擬似ユーザ受信機

NovAtel ProPak6

擬似ユーザアンテナ

Trimble Choke-ring

VDB送信機Telerad EM9009(A)

VDB送信アンテナ

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仙台空港

3素子Alford Loop

3素子折り返しダイポール

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MC/MF GBAS機上実験装置

GNSS
receiver

VDB receiver

GNSS受信機

JAVAD Delta G3T

VDB受信機TeleradRE9009(A)PC

Spectrum Analyzer

スペクトラムアナラ
イザGNSSアンテナ(実験用航空機搭載時)
VDBアンテナ (実験用航空機搭載時)Agilent 9010A
AeroAntenna
AT1675- 381
Comant CI
120-200 G/S-L

GAST-D GBAS機上実験装置を元に開発
地上装置の補強方式に合わせて機上補強方式を選択
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MC/MF GBASインテグリティモニタ- MC/MF GNSS信号歪みモニタ
衛星信号の歪みによる測距誤差を検出- 新信号は変調方式、帯域などが既存信号と異なるので、それぞれに対応した信号歪みモニタが必要
ソフトウェア受信機を用いた相関波形測定装置を開発-

GPS: L1-C/A, L5, Galileo: E1, E5a, QZSS: L1-C/A, L5
相関波形特性を解析し、MC/MF信号歪みモニタアルゴリズ
ムを開発
GPS 08Nominal16

Galileo 22
Multipath
added

NominalMultipathadded

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実験の現状と計画
2016

2017

2018

2019

2020Mar

地上装置
設計
地上装置実装機上装置

設計

インテグリティモニタ設計
実装
データ収集
飛行実験
地上走行試験

電離圏観測・解析

信号歪みデータ収集・解析
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まとめカテゴリーIII GBAS (GAST-D)の国際標準化が完了し、複数周波数・複数衛星系(MC/MF)対応GBASの国際標準化が開始
されている- 補強方式など、コンセプト立案の段階
日本の環境（特に低緯度電離圏環境）に対応したMC/MF
GBAS補強方式を検討-

3つの補強方式に対応した地上・機上実験装置を開発
データ収集を開始、飛行実験を計画
MC/MF GBASが日本の環境において性能が最大限発揮できるよう、成果を国際標準化に反映させていく

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