14.

地上型補強システム（GBAS）のエグゼクティブモニタの検討
電子航法研究所
通信・航法・監視領域

Electronic Navigation
Research Institute福島荘之介
第8回電子航法研究所研究発表会 2008.6.13
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発表内容• GBAS（地上型補強システム）の概要– システム要求と警報動作• GPS衛星の故障とGBASへの影響• 地上モニタの役割と構成• エグゼクティブモニタの検討結果

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GBAS（地上型補強システム）の概要
1.次世代の進入着陸システム（ILSの後継）
CAT-I～III※B787・A380で標準装備
GPS

2.ディファレンシャルGPS技術
機上装置
3.安全性要求MMR

故障・信号の乱れ
安全運航
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L1-C/A

VDB

地上装置

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システム要求と警報動作
精度ICAOz インテグリティ（完全性）
トレードオフz コンティニュイティ（連続性）
１ー2×10-7 in any approach （CAT-I）
警報動作z アベイラビリティ（有効性）
99.99998 % ILSと同等 1.DGPS補正値
zALMMR

PL
補強情報VDB

2.進入パス
３.インテグリティ・パ
ラメータ σpr_gnd，B※異常衛星排除4

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GBASの安全が損なわれる可能性
1. 地上装置内部の故障・ソフトウェア 内部
2. GPSの故障（信号異常）
3. 電離層による伝搬路での信号異常

外部
頻度少◆脅威モデル
地上モニタにより低減（1） GPS信号の電力低下（2） 擬似距離の加速度過剰
各10-4 /sat/hour（3） コード・搬送波ダイバージェンス（4） 放送暦異常保守的（5） 信号歪み（SV19問題）
2.4×10-5 /hour（6） 電離層遅延量の異常勾配
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GPS衛星の故障とGBASへの影響■姿勢制御系
受信C/N0劣化

測距誤差の増加

PLが過小に計算

σpr_gndを越える送信アンテナ
地球方向はずす
HMI■原子時計• バイアス的な誤差（ゆっくり）• 急峻・加速度的変化

補正可能

補正不可能

HMI

HMI：Hazardous Misleading Information（ユーザに危険な偽の情報）
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品質モニタとエグゼクティブ（統合）モニタ
GPS

航空機

VHF
データ
送信

基準局受信機信号 データ 観測値
品質 品質 品質モニタ モニタ モニタ
SQM DQM MQM
エグゼクティブモニタ

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基準局受信機
基準局受信機
基準局受信機7

モニタの役割• 信号品質モニタ（SQM）– 受信C/N0のテスト• データ品質モニタ（DQM）– 放送暦のテスト• 観測値品質モニタ（MQM）

統計量を
閾値と比較フラグを発生– 擬似距離・搬送波位相のテスト• エグゼクティブモニタ
– 各品質モニタの判定結果フラグを統合し，衛星または受信機の排除を判断– 補正値生成に係わる
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品質モニタの処理の流れ
入力

n：衛星
m：受信機

フラグ
補正値

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エグゼクティブモニタの処理の流れ
フラグ

補正値

(1)1PRN & 1RR(2)1PRN & RRs(3)PRNs & 1RR(4)RRNs & RRs

RR：Reference Receiver
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エグゼクティブモニタの検討• （従来）MQM（観測値品質モニタ）・SQM（信号品質モニタ）処理の試作• （今回）エグゼクティブモニタ処理の試作• 仙台空港内の24時間データ（2003.11.1）• モニタ性能を検討（１）典型的な放送データ（補正値・B値）（２）モニタの誤フラグの問題（アベイラビリティに影響）
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（１）例：ρcorr
PRN16

All PRN40
ρcorr (m)ρcorr (m)3000-40-30147

149

151

Time （hour）

153

1070
30 50EL（deg）•共通衛星の変化による受信機クロックバイアス変動•低仰角での遅延量の増加（電離層）12
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（１）例：B値
PRN16 (RR1)
0.4
Bρ (m)Bρ (m)

0.4

All PRN (RR1-4)

0-0.4

0-0.4
147

149

151

153

Time （hour）

1070
30 50EL（deg）•低仰角で増加傾向
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（２）品質モニタのフラグ数

フラグ回数

120
80

C/N0
Divergence
Acceleration
Ramp
Step
Innovation

2003.11.1

400
EL (deg)• 低仰角で誤フラグが多発（マルチパス）• 搬送波の加速度，Ramp，Stepモニタ
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（２）エグゼクティブモニタのフラグ数
前後

フラグ回数

120

1PRN&1RR
1PRN&RRs
RPNs&1RR
RPNs&RRs

80
40010 40 70

10 40 70

EL (deg)

100秒間

スムージングでリセットされた後はカウントしない
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フラグ回数（２）エグゼクティブモニタのフラグ数
1PRN&1RR
1PRN&RRs
RPNs&1RR
RPNs&RRs

20
2回

100

1040

EL (deg)• 1PRN&1RRの排除• 1PRN&RRs• PRNs&1RR
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70
3RRで補正値作成
衛星１つ減る
3RRで補正値作成

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（２）衛星が排除された例• PRN21（43，35度）：瞬時に全受信機がフラグ– 搬送波位相の加速度，Ramp，Step• PRN21に固有のクロック変化を捕らえた– PRN21/SVN45， IIR，D3プレーン，Rb3– （打ち上げ） 2003.3.31– （クロック最終交換）2003.4.11– 2003.11.1付近に故障情報はない– PRN21，17，4を捕捉（10日間で数回）
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（２）誤フラグの検討結果• 搬送波位相の加速度，Ramp，Stepモニタで，誤フラグが発生
低仰角（マルチパス）：多発
スムージングのリセットを考慮
1PRN&1RRが多く影響は小さい（アベイラビリティへの影響小さい）
高仰角（衛星固有）：2回／日
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まとめ• 衛星故障（異常）に対する地上モニタの試作• 品質モニタとエグゼクティブモニタの性能検討– 仙台空港内で収集した24hデータ• 衛星故障をモニタし，放送データを生成• 誤フラグ問題を検討
影響は小さい• エグゼクティブモニタは有効に動作• 地上モニタの基幹アルゴリズムを完成（今後の課題）• リアルタイム・プロトタイプによる実証
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