測距誤差推定による
GPS 劣化信号検出について
齊藤真二, 吉原貴之, 福島荘之介, 藤井直樹
電子航法研究所 通信・航法・監視領域

2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.1/16

背景GPS を用いた航空機航法システム
GBAS (地上型補強システム)
DGPS 技術の応用
高い信頼性の要求
GPS 衛星故障の検出・警報
1993 年 … SVN19(SVN; space vehicle number)
RF 回路故障による信号劣化
DGPS 利用者への影響

GPS 信号品質監視の実現
SQM(Signal Quality Monitoring) の開発
2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.2/16

故障信号モデル
モデル A
信号の立下がりの遅れ (進み)デジタル部故障
モデル B
振幅の変動・減衰アナログ部故障
モデル C
モデル A・B の組合せ

2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.3/16

GPS 信号の捕捉
GPS 信号と相関波形(a) 受信した
C/Aコード

コード追尾点0.1chip

ナローコリレータ
1chip(PRN符号)

ワイドコリレータ(b) 受信機内のC/Aコード
1chip(a)と(b)の相関波形

1023chip (1msec)

1023chip

受信機で生成した C/A コードと受信信号の相関
C/A コード…衛星毎に異なる PRN 符号
相関値のピークを追尾し測距
相関波形の形状は左右対称
相関器ペアの出力が同レベルの中心を追尾
劣化信号による相関波形の歪み
相関器の種類 (相関器幅) により異なる測距値
2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.4/16

故障信号と相関波形
normalized correlation

model Amodel A1model Anormal

0.8
0.6
0.4
0.2
0-1.5

-0.5

0chip

0.5

1

1.5

model B1model Bnormalnormalized correlation

model B

-10.80.6
0.4
0.2
0-1.5

-0.5

0chip

0.5

1

1.5

model C

1model C
normalnormalized correlation

model C-1

0.8
0.6
0.4
0.2
0-1.5

-1-0.5

0chip

0.5

11.5

2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.5/16

SQM 受信機
SQM 受信機の特徴
L1-C/A, GPS:13ch, SBAS:3ch0.1chip ナローコリレータ
IF 信号を最大 80MHz でサンプリング0.0127875chip 毎の相関値
4ch, 257 点の相関出力
8ch, 129 点の相関出力
16ch, 65 点の相関出力
データ収録ソフトウェア
リアルタイムで相関波形を可視化可能
2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.6/16

手法
GBAS などで問題となるのは...
基準局と利用者受信機との間で相関器の種類が異なることなどにより, 充分な補正が出来ない場合測距差の推定による検出手法を検討
SQM 受信機で取得可能な複数点の相関値を利用
波形歪みを距離 (m) で表現
提案手法を擬似劣化信号に適用
任意波形発生器による信号生成
SQM 受信機でデータ取得
判別の可否を調査
2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.7/16

測距差推定変数の定義
In+ : 追尾点 (Ip ) より n 点後の相関値
In− : Ip より n 点前の相関値(- nT- ∆ t , I -n )

Ip

II0

( nT- ∆ t , I +n)(mT-∆ t , I +m)

∆t

T-tm

-∆

nT

∆t

T--n-mT-∆t+Im: Ip より m 点後の相関値(- mT-∆ t , I - )m−Im: Ip より m 点前の相関値∆t
T : 相関値出力レート (sec)-LL t→ 1/80µsec
L: C/A コード 1chip に相当する時間 (sec)→ 1/1.023µsec∆t · c: 推定測距差 (m) (推定された追尾点 (I0 ) と
c: 光速 m/s
SQM 受信装置の追尾点との差)
2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.8/16

測距差推定 (手法 1)(In+ − In− )∆t = +· (L − nT ) [sec]−(In + In )I0
傾きが でL(−nT − ∆t, In− ) を通る直線とI0
傾きが − でL(nT − ∆t, In+ ) を(-nT-∆t, I n)
通る直線の交点 → I0
追尾点 (I0 ) と誤差 (∆t) を推定
1200

観測波形

1150

Ip

1100
1050
1000
950

∆t 推定誤差

900+(nT-∆t, I n)

850
800

-3e-07-2e-07-1e-07

0
[sec]

1e-07

2e-07

3e-07

2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.9/16

測距差推定 (手法 2)+−n(Im− Im) − m(In+ − In− )∆t =·T+−+−(Im + Im ) − (In + In )(−nT − ∆t, In− ) と−(−mT − ∆t, Im)を通る直線と(nT − ∆t, In+ ) と+(mT − ∆t, Im)を(-nT-∆t, I n)
通る直線の交点 → I0(-mT-∆t, I m)
追尾点 (I0 ) と誤差 (∆t) を推定[sec]

1200

観測波形

1150

Ip

1100
1050

+(nT-∆t, I n)

1000
950

∆t 推定誤差

900+(mT-∆t, I m)

850
800

-3e-07-2e-07-1e-070[sec]

1e-07

2e-07

3e-07

2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.10/16

推定例 1estimate value [m]model A
0.3chip 遅延手法 1n = 40(1.023chip)100

normalmodel A50

0-50-100

040

80

120

160

200

[sec]

2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.11/16

推定例 2estimate value [m]model C
0.1chip 遅延手法 1n = 40
(1.023chip)100

normalmodel C50

0-50-1004080120[sec]160200model C2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.12/16

推定例 340
estimate value [m]model B
手法 1n = 40(1.023chip)
判別困難

normalmodel B

200-20-4004080

120[sec]

160200model B

2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.13/16

推定例 4

estimate value [m]model B
手法 1
n=8(0.2046chip)10

normalmodel B

50-5-10

040

80

120
[sec]

160200model B

2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.14/16

推定例 5

estimate value [m]model B
手法 2n=8(0.2046chip),m = 16(0.4092chip)

10normalmodel B

50-5-1004080120[sec]160200model B

2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.15/16

まとめ
まとめ
複数の相関値から測距差を推定する方法を提案
劣化擬似信号に適用
故障による劣化信号の判別が可能
今後の課題
n,m の最適値を調査
判別方法の検討
移動平均
しきい値の決定2007.06.12@第7回電子航法研究所研究発表会 – p.16/16